JP5688586B2 - Comparator system, analog-digital converter, and comparator threshold correction method. - Google Patents
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Description
本発明は、コンパレータを有するコンパレータシステム、コンパレータシステムを有するアナログデジタルコンバータおよびコンパレータの閾値補正方法に関する。 The present invention relates to a comparator system having a comparator, an analog-digital converter having a comparator system, and a threshold correction method for the comparator.
アナログデジタルコンバータ等に搭載されるコンパレータは、一対の入力信号を入力端子で受け、入力信号の電圧差を示す信号を出力端子から出力する。例えば、オフセット電圧を調整するために、出力ノードに可変容量回路を接続することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また、オフセット電圧を入力信号の電圧に応じて動的に変更する手法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。 A comparator mounted on an analog-digital converter or the like receives a pair of input signals at an input terminal and outputs a signal indicating a voltage difference between the input signals from an output terminal. For example, it has been proposed to connect a variable capacitance circuit to the output node in order to adjust the offset voltage (see, for example, Patent Document 1). In addition, a method of dynamically changing the offset voltage according to the voltage of the input signal has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
コンパレータに形成されるトランジスタ等の製造条件の変動あるいは温度変動等によりコンパレータの電気的特性が変化すると、出力信号の論理が反転するときの入力信号の電圧差であるオフセット電圧やコンパレータの閾値は、標準値に対してずれてしまう。特に、出力ノードに接続される負荷の量に応じて閾値を変更可能なコンパレータシステムにおいて、製造条件の変動等による閾値のずれを補正する手法は提案されていない。 When the electrical characteristics of the comparator change due to fluctuations in manufacturing conditions such as transistors formed in the comparator or due to temperature fluctuations, the offset voltage, which is the voltage difference of the input signal when the logic of the output signal is inverted, and the comparator threshold are Deviation from the standard value. In particular, in a comparator system in which the threshold value can be changed according to the amount of load connected to the output node, a method for correcting a shift in the threshold value due to a change in manufacturing conditions has not been proposed.
本発明の目的は、閾値のずれを補正できるコンパレータシステムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a comparator system capable of correcting a threshold shift.
本発明の一形態におけるコンパレータシステムは、入力信号をそれぞれ受ける一対の入力端子に接続される一対のキャパシタと、キャパシタを介して入力信号を受ける一対の入力ノードと、入力信号の電圧差を示す出力信号を出力する出力ノードとを有する少なくとも1つのコンパレータと、一対の入力ノードにコモン電圧を設定する第1制御回路と、出力ノードに接続される負荷の量を設定する第2制御回路と、コンパレータの閾値を補正する補正期間に、所定量の負荷が基準のコンパレータの出力ノードに接続されるときの閾値の変動量に対応する電圧差を有する第1電圧および第2電圧を一対の入力端子にそれぞれ供給する第3制御回路とを備え、第1制御回路は、補正期間に、所定量の負荷が出力ノードに接続された状態で、出力信号の論理が反転するまでコモン電圧を変更し、出力信号の論理が反転するときのコモン電圧を補正期間後の通常動作期間に使用する。 In one embodiment of the present invention, a comparator system includes a pair of capacitors connected to a pair of input terminals each receiving an input signal, a pair of input nodes receiving an input signal via the capacitor, and an output indicating a voltage difference between the input signals At least one comparator having an output node for outputting a signal; a first control circuit for setting a common voltage at a pair of input nodes; a second control circuit for setting an amount of a load connected to the output node; and a comparator The first voltage and the second voltage having a voltage difference corresponding to the amount of fluctuation of the threshold when a predetermined amount of load is connected to the output node of the reference comparator in the correction period for correcting the threshold of A third control circuit for supplying the output signal, and the first control circuit outputs the output signal while a predetermined amount of load is connected to the output node during the correction period. Logical changes the common voltage to be inverted and used for normal operation period after the correction period common voltage when the logic of the output signal is inverted.
出力ノードに接続される負荷の量に応じて閾値を変更可能なコンパレータシステムにおいて、製造条件の変動等による閾値のずれを補正できる。 In the comparator system in which the threshold value can be changed according to the amount of load connected to the output node, it is possible to correct the shift in the threshold value due to variations in manufacturing conditions.
以下、図面を用いて実施形態を説明する。信号が伝達される信号線には、信号名と同じ符号を使用する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The same reference numerals as the signal names are used for signal lines through which signals are transmitted.
図1は、一実施形態におけるコンパレータシステムCSYSの例を示している。コンパレータシステムCSYSは、コンパレータCOMPa、キャパシタCPa、CNaおよび制御回路CNT1、CNT2、CNT3を有している。 FIG. 1 shows an example of a comparator system CSYS in one embodiment. The comparator system CSYS includes a comparator COMPa, capacitors CPa and CNa, and control circuits CNT1, CNT2, and CNT3.
コンパレータCOMPaの“+”側の入力ノードVIPaは、キャパシタCPaを介して入力信号VIPを受ける入力端子VIPに接続されている。コンパレータCOMPaの“−”側の入力ノードVINaは、キャパシタCNaを介して入力信号VINを受ける入力端子VINに接続されている。コンパレータCOMPaの出力ノードOPaは、出力端子OUTaに接続され、入力信号VIP、VINの電圧差を示す出力信号OUTaを出力する。 The input node VIPa on the “+” side of the comparator COMPa is connected to an input terminal VIP that receives an input signal VIP through a capacitor CPa. The input node VINa on the “−” side of the comparator COMPa is connected to an input terminal VIN that receives an input signal VIN via a capacitor CNa. The output node OPa of the comparator COMPa is connected to the output terminal OUTa and outputs an output signal OUTa indicating the voltage difference between the input signals VIP and VIN.
制御回路CNT1は、入力ノードVIPa、VINaにコモン電圧VCMaを設定する。入力信号VIP、VINの直流成分は、キャパシタCPa、CNaにより入力ノードVIPa、VINaに伝達されない。これにより、制御回路CNT1を用いて、入力ノードVIPa、VINaを任意のコモン電圧VCMaに初期設定できる。換言すれば、入力信号VIP、VINの電圧を、コンパレータCOMPaが正常に動作する入力電圧の範囲にシフトできる。なお、制御回路CNT1は、コンパレータシステムCSYSの外部(例えば、コンパレータシステムCSYSが搭載されるチップの外部)に配置されてもよい。 The control circuit CNT1 sets the common voltage VCMa at the input nodes VIPa and VINa. DC components of the input signals VIP and VIN are not transmitted to the input nodes VIPa and VINa by the capacitors CPa and CNa. Thereby, the input nodes VIPa and VINa can be initialized to an arbitrary common voltage VCMa using the control circuit CNT1. In other words, the voltages of the input signals VIP and VIN can be shifted to an input voltage range in which the comparator COMPa operates normally. Note that the control circuit CNT1 may be disposed outside the comparator system CSYS (for example, outside the chip on which the comparator system CSYS is mounted).
制御回路CNT2は、出力ノードOPaに接続される負荷の量を設定する。この実施形態では、出力ノードOPaに接続される負荷の量に応じて、コンパレータCOMPaの閾値が切り換えられる。閾値は、出力ノードOPaの論理が論理0から論理1または論理1から論理0に変化するときの入力電圧VIP、VINの差VIP−VINである。ここで、論理1は、高い側の電圧(ハイレベル)を示し、論理0は、低い側の電圧(ロウレベル)を示す。なお、制御回路CNT2は、コンパレータCOMPaの内部に形成されてもよい。
The control circuit CNT2 sets the amount of load connected to the output node OPa. In this embodiment, the threshold value of the comparator COMPa is switched according to the amount of load connected to the output node OPa. The threshold value is a difference VIP-VIN between the input voltages VIP and VIN when the logic of the output node OPa changes from
制御回路CNT2により閾値がゼロに設定されているとき、コンパレータCOMPaは、入力電圧VIPが入力電圧VINより高いときに出力ノードOPaに論理0を出力し、入力電圧VIPが入力電圧VINより低いときに出力ノードOPaに論理1を出力する。例えば、制御回路CNT2により閾値が+100mVに設定されているとき、出力信号OUTaは、入力電圧VIPと入力電圧VINの差“VIP−VIN”が100mV以上高いとき論理0になり、電圧差“VIP−VIN”が100mVより低いとき論理1になる。制御回路CNT2により閾値が−100mVが設定されているとき、出力信号OUTaは、電圧差“VIP−VIN”が−100mV以上のとき(例えば、−80mVや+20mV)、論理0になり、電圧差“VIP−VIN”が−100mVより低いとき(例えば、−110mV)、論理1になる。
When the threshold is set to zero by the control circuit CNT2, the comparator COMPa outputs a
制御回路CNT3は、コンパレータCOMPaの閾値を補正する補正期間に、所定の電圧差を有する電圧VP、VNを入力端子VIP、VINにそれぞれ供給する。なお、電圧VP、VNは、通常動作期間に入力信号VIP、VINを生成する信号生成回路を用いて生成されてもよい。補正期間は、コンパレータCOMPaが入力信号VIP、VINの電圧の比較動作を実施する通常動作期間の前に設定される。 The control circuit CNT3 supplies voltages VP and VN having a predetermined voltage difference to the input terminals VIP and VIN, respectively, during a correction period for correcting the threshold value of the comparator COMPa. The voltages VP and VN may be generated using a signal generation circuit that generates the input signals VIP and VIN during the normal operation period. The correction period is set before the normal operation period in which the comparator COMPa performs the comparison operation of the voltages of the input signals VIP and VIN.
電圧VP、VNの所定の電圧差は、所定量の負荷が基準のコンパレータの出力ノードに接続されているときの基準のコンパレータの閾値の変動量に対応する。例えば、基準のコンパレータは、コンパレータCOMPaと同じ回路であり、コンパレータシステムCSYS内に形成される別のコンパレータである。あるいは、基準のコンパレータは、電気的特性が標準のコンパレータである。標準のコンパレータに形成されるトランジスタの電気的特性(閾値電圧等)は、例えば標準値(Typical)を示す。この場合、標準のコンパレータの閾値の変動量は、コンパレータシステムCSYSの設計時や製造時に予め求められてもよい。 The predetermined voltage difference between the voltages VP and VN corresponds to the amount of change in the threshold value of the reference comparator when a predetermined amount of load is connected to the output node of the reference comparator. For example, the reference comparator is the same circuit as the comparator COMPa and is another comparator formed in the comparator system CSYS. Alternatively, the reference comparator is a comparator having a standard electrical characteristic. The electrical characteristics (threshold voltage and the like) of the transistor formed in the standard comparator indicate a standard value (Typical), for example. In this case, the fluctuation amount of the threshold value of the standard comparator may be obtained in advance at the time of designing or manufacturing the comparator system CSYS.
例えば、所定量の負荷を基準のコンパレータの出力ノードに接続する前と接続した後とで、基準のコンパレータの閾値が100mV変化するとき、制御回路CNT3は、100mVの電圧差を有する電圧VP、VNを入力端子VIP、VINに出力する。これにより、所定量の負荷の接続により変化する閾値の変動量を、所定の電圧差を有する電圧VP、VNにより相殺できる。換言すれば、所定量の負荷を出力ノードOPaに接続し、所定の電圧差を有する電圧VP、VNを入力端子VIP、VINに供給し、コモン電圧VCMaを変化させて出力信号OUTaの論理をモニタすることで、コンパレータCOMPと基準のコンパレータとの閾値のずれを検出できる。 For example, when the threshold value of the reference comparator changes by 100 mV before and after connecting a predetermined amount of load to the output node of the reference comparator, the control circuit CNT3 controls the voltages VP and VN having a voltage difference of 100 mV. Is output to the input terminals VIP and VIN. As a result, the variation amount of the threshold value that changes due to the connection of a predetermined amount of load can be canceled by the voltages VP and VN having a predetermined voltage difference. In other words, a predetermined amount of load is connected to the output node OPa, voltages VP and VN having a predetermined voltage difference are supplied to the input terminals VIP and VIN, and the logic of the output signal OUTa is monitored by changing the common voltage VCMa. By doing so, it is possible to detect a shift in threshold value between the comparator COMP and the reference comparator.
制御回路CNT1は、補正期間に、所定量の負荷が出力ノードOPaに接続された状態で、出力信号OUTaの論理が反転するまでコモン電圧VCMaを徐々に変更する。制御回路CNT1は、出力信号OUTaの論理が反転するときのコモン電圧VCMaと基準のコモン電圧との差を、コンパレータCOMPと基準のコンパレータとの閾値のずれとして検出する。換言すれば、出力信号OUTaの論理が反転するときのコモン電圧VCMaにより、閾値のずれが相殺され、閾値が基準のコンパレータの閾値と同じ値に補正される。そして、制御回路CNT1は、出力信号OUTaの論理が反転するときのコモン電圧VCMaを補正期間後の通常動作期間に使用する。 During the correction period, the control circuit CNT1 gradually changes the common voltage VCMa until the logic of the output signal OUTa is inverted while a predetermined amount of load is connected to the output node OPa. The control circuit CNT1 detects the difference between the common voltage VCMa and the reference common voltage when the logic of the output signal OUTa is inverted as a threshold deviation between the comparator COMP and the reference comparator. In other words, the threshold shift is canceled by the common voltage VCMa when the logic of the output signal OUTa is inverted, and the threshold is corrected to the same value as the threshold of the reference comparator. The control circuit CNT1 uses the common voltage VCMa when the logic of the output signal OUTa is inverted in the normal operation period after the correction period.
閾値は、コンパレータCOMPaを形成するトランジスタや抵抗等の素子の電気的特性のばらつきに応じて変動する。素子の電気的特性は、コンパレータシステムCSYSの製造工程での製造条件のばらつきにより変動する。コンパレータシステムCSYSが複数のコンパレータCOMPaを有するときも、コンパレータCOMPaの閾値は互いにずれる場合がある。 The threshold value varies according to variations in electrical characteristics of elements such as transistors and resistors that form the comparator COMPa. The electrical characteristics of the element vary due to variations in manufacturing conditions in the manufacturing process of the comparator system CSYS. Even when the comparator system CSYS has a plurality of comparators COMPa, the threshold values of the comparators COMPa may be shifted from each other.
なお、コモン電圧VCMaを所定の範囲で変化させても出力信号OUTaの論理が反転しないとき、制御回路CNT1は、コンパレータCOMPaの閾値が基準のコンパレータの閾値に等しいと判断し、基準のコモン電圧VCMaを通常動作期間に使用する。例えば、基準のコモン電圧VCMaは、基準のコンパレータの閾値の変動量の評価時に使用したコモン電圧である。 When the logic of the output signal OUTa is not inverted even when the common voltage VCMa is changed within a predetermined range, the control circuit CNT1 determines that the threshold value of the comparator COMPa is equal to the threshold value of the reference comparator, and the reference common voltage VCMa. Are used during normal operation. For example, the reference common voltage VCMa is a common voltage used at the time of evaluating the fluctuation amount of the threshold value of the reference comparator.
以上、この実施形態では、出力ノードOPaに接続される負荷の量に応じて閾値を変更可能なコンパレータシステムCSYSにおいて、制御回路CNT1によりコモン電圧VCMaの値を調整することで、コンパレータCOMPaの閾値のずれを基準のコンパレータの閾値に合わせて補正できる。この結果、入力電圧VIP、VINの差を高い精度で比較できるコンパレータシステムCSYSを提供できる。 As described above, in this embodiment, in the comparator system CSYS in which the threshold value can be changed according to the amount of the load connected to the output node OPa, the value of the common voltage VCMa is adjusted by the control circuit CNT1, thereby The deviation can be corrected according to the threshold value of the reference comparator. As a result, it is possible to provide a comparator system CSYS that can compare the difference between the input voltages VIP and VIN with high accuracy.
図2は、別の実施形態におけるコンパレータシステムCSYSの例を示している。上述した実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。この実施形態のコンパレータシステムCSYSは、コンパレータCOMP(COMPa、COMPb)、制御回路CNT1、CNT2、CNT3およびキャパシタCPa、CNa、CPb、CNbを有している。 FIG. 2 shows an example of a comparator system CSYS in another embodiment. The same elements as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The comparator system CSYS of this embodiment includes a comparator COMP (COMPa, COMPb), control circuits CNT1, CNT2, and CNT3 and capacitors CPa, CNa, CPb, and CNb.
コンパレータCOMPa、COMPbは、互いに同じ回路であり、例えば、図1のコンパレータCOMPaと同じ回路である。コンパレータCOMPbの入力ノードVIPbは、キャパシタCPbを介して入力端子VIPに接続されている。コンパレータCOMPbの入力ノードVINbは、キャパシタCNbを介して入力端子VINに接続されている。コンパレータCOMPbの出力ノードOPbは、出力端子OUTbに接続され、入力信号VIP、VINの電圧差を示す出力信号OUTbを出力する。コンパレータCOMPa、COMPbの動作は、図1のコンパレータCOMPaの動作と同じである。 The comparators COMPa and COMPb are the same circuits as each other, for example, the same circuit as the comparator COMPa in FIG. The input node VIPb of the comparator COMPb is connected to the input terminal VIP via the capacitor CPb. The input node VINb of the comparator COMPb is connected to the input terminal VIN via the capacitor CNb. The output node OPb of the comparator COMPb is connected to the output terminal OUTb, and outputs an output signal OUTb indicating the voltage difference between the input signals VIP and VIN. The operations of the comparators COMPa and COMPb are the same as the operations of the comparator COMPa in FIG.
この実施形態では、コンパレータCOMPa、COMPbの一方の閾値が、閾値の変動量として補正期間の前の検出期間に求められ、コンパレータCOMPa、COMPbの他方の閾値が、検出期間に求められた閾値と同じ値に補正される。以下の説明では、検出期間にコンパレータCOMPa(基準のコンパレータ)の閾値の変動量が求められ、補正期間に基準のコンパレータを除くコンパレータCOMPbの閾値が補正される例を述べる。 In this embodiment, one threshold value of the comparators COMPA and COMPb is obtained in the detection period before the correction period as the amount of change in the threshold value, and the other threshold value of the comparators COMPA and COMPb is the same as the threshold value obtained in the detection period. It is corrected to the value. In the following description, an example will be described in which the threshold fluctuation amount of the comparator COMPa (reference comparator) is obtained during the detection period, and the threshold value of the comparator COMPb excluding the reference comparator is corrected during the correction period.
制御回路CNT1は、入力ノードVIPb、VINbにコモン電圧VCMbを設定する機能を、図1の制御回路CNT1に追加している。なお、制御回路CNT1は、コンパレータシステムCSYSの外部(例えば、コンパレータシステムCSYSが搭載されるチップの外部)に配置されてもよい。制御回路CNT2は、コンパレータCOMPbの出力ノードOPbに接続される負荷の量を設定する機能を、図1の制御回路CNT2に追加している。 The control circuit CNT1 adds a function of setting the common voltage VCMb to the input nodes VIPb and VINb in the control circuit CNT1 of FIG. Note that the control circuit CNT1 may be disposed outside the comparator system CSYS (for example, outside the chip on which the comparator system CSYS is mounted). The control circuit CNT2 adds a function of setting the amount of load connected to the output node OPb of the comparator COMPb to the control circuit CNT2 of FIG.
制御回路CNT3は、検出期間に、所定量の負荷がコンパレータCOMPaの出力ノードOPaに接続されている状態で、電圧VP、VNの電圧差を徐々に変更する。そして、制御回路CNT3は、コンパレータCOMPaの出力信号OUTaの論理が反転するときの電圧VP、VNの電圧差を、制御回路CNT2により所定量の負荷がコンパレータCOMPaの出力ノードOPaに接続されたときの閾値の変動量として検出する。 During the detection period, the control circuit CNT3 gradually changes the voltage difference between the voltages VP and VN while a predetermined amount of load is connected to the output node OPa of the comparator COMMPa. Then, the control circuit CNT3 determines the voltage difference between the voltages VP and VN when the logic of the output signal OUTa of the comparator COMPa is inverted, when the predetermined amount of load is connected to the output node OPa of the comparator COMA by the control circuit CNT2. It is detected as a threshold fluctuation amount.
制御回路CNT3は、補正期間において、検出期間に検出された電圧差を有する電圧VP、VNを入力端子VIP、VINにそれぞれ供給する。なお、検出期間および補正期間に、電圧VP、VNは、通常動作期間に入力信号VIP、VINを生成する信号生成回路を用いて生成されてもよい。制御回路CNT2は、検出期間中にコンパレータCOMPaの出力ノードOPaに接続した所定量の負荷と同量の負荷をコンパレータCOMPbの出力ノードOPbに接続する。 In the correction period, the control circuit CNT3 supplies voltages VP and VN having a voltage difference detected in the detection period to the input terminals VIP and VIN, respectively. In the detection period and the correction period, the voltages VP and VN may be generated using a signal generation circuit that generates the input signals VIP and VIN during the normal operation period. The control circuit CNT2 connects the same amount of load as that connected to the output node OPa of the comparator COMPa during the detection period to the output node OPb of the comparator COMPb.
そして、制御回路1は、図1の動作と同様に、所定量の負荷が出力ノードOPbに接続された状態で、出力信号OUTbの論理が反転するまでコモン電圧VCMbを徐々に変更する。制御回路CNT1は、出力信号OUTbの論理が反転するときのコモン電圧VCMbと、検出期間に使用した基準のコモン電圧との差を、コンパレータCOMPbと基準のコンパレータCOMPaとの閾値のずれとして検出する。換言すれば、出力信号OUTbの論理が反転するときのコモン電圧VCMbにより、コンパレータCOMPa、COMPbの閾値のずれが相殺され、閾値は同じ値に設定される。制御回路CNT1は、補正期間後の通常動作期間に、補正期間に求めたコモン電圧VCMbをコンパレータCOMPbの入力ノードVIPb、VINbに設定し、基準のコモン電圧をコモン電圧VCMaとしてコンパレータCOMPaの入力ノードVIPa、VINaに使用する。
Then, similarly to the operation of FIG. 1, the
なお、図1のコンパレータシステムCSYSと同様に、制御回路CNT3は、コンパレータシステムCSYSのコンパレータCOMPa、COMPb以外の基準のコンパレータに所定量の負荷が接続されるときの閾値の変動量(予め求められている)に対応する電圧差を有する電圧VP、VNを生成してもよい。この場合、上述した検出期間は不要であり、補正期間では、コンパレータCOMPa、COMPbの閾値は、基準のコンパレータの閾値に合わせられる。 As with the comparator system CSYS in FIG. 1, the control circuit CNT3 has a threshold fluctuation amount (preliminarily obtained when a predetermined amount of load is connected to a reference comparator other than the comparators COMPA and COMPb of the comparator system CSYS. The voltages VP and VN having a voltage difference corresponding to the above may be generated. In this case, the above-described detection period is not necessary, and in the correction period, the threshold values of the comparators COMPA and COMPb are matched with the threshold values of the reference comparator.
図2では、コンパレータシステムCSYSが2つのコンパレータCOMP(COMPa、COMPb)を有する例について述べたが、コンパレータシステムCSYSは、3つ以上のコンパレータCOMPを有していてもよい。この場合、コンパレータCOMPの1つが基準のコンパレータとして扱われ、基準のコンパレータを除くコンパレータCOMPの閾値が基準のコンパレータの閾値に合わせられる。 Although the example in which the comparator system CSYS has two comparators COMP (COMPa, COMPb) has been described in FIG. 2, the comparator system CSYS may include three or more comparators COMP. In this case, one of the comparators COMP is treated as a reference comparator, and the threshold value of the comparator COMP excluding the reference comparator is adjusted to the threshold value of the reference comparator.
例えば、3個のコンパレータCOMPにより2ビットのフラッシュ型アナログデジタルコンバータを形成でき、15個のコンパレータCOMPにより4ビットのフラッシュ型アナログデジタルコンバータを形成できる。フラッシュ型アナログデジタルコンバータでは、複数のコンパレータCOMPの閾値は、制御回路CNT2により互いに異なる値に設定され、各コンパレータCOMPの出力信号の論理に応じて、入力信号VIP、VINの電圧差を示すデジタル値が生成される。 For example, a 2-bit flash type analog-digital converter can be formed by three comparators COMP, and a 4-bit flash type analog-digital converter can be formed by 15 comparators COMP. In the flash type analog-digital converter, the threshold values of the plurality of comparators COMP are set to different values by the control circuit CNT2, and the digital value indicating the voltage difference between the input signals VIP and VIN according to the logic of the output signal of each comparator COMP Is generated.
以上、この実施形態においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、複数のコンパレータCOMPa、COMPbの出力ノードOPa、OPbに接続される負荷の量に応じて閾値をそれぞれ変更可能なコンパレータシステムCSYSにおいて、コンパレータCOMPa、COMPbの閾値を互いに合わせることができる。 As described above, also in this embodiment, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. Further, in the comparator system CSYS in which the threshold values can be changed according to the amounts of loads connected to the output nodes OPa and OPb of the plurality of comparators COMPA and COMPb, the threshold values of the comparators COMPA and COMPb can be adjusted to each other.
図3は、別の実施形態におけるコンパレータシステムCSYSの例を示している。上述した実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、これ等については、詳細な説明を省略する。 FIG. 3 shows an example of a comparator system CSYS in another embodiment. The same elements as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
この実施形態のコンパレータシステムCSYSは、コンパレータCOMP(COMPa、COMPb、COMPc)、入力電圧生成回路VIGEN、コモン電圧生成回路VCMGEN、キャパシタCPa、CNa、CPb、CNb、CPc、CNc、スイッチ回路SW1、SW2、SW3および制御回路CNTを有している。コンパレータCOMPa、COMPb、COMPcは、互いに同じ回路であり、コンパレータCOMPa、COMPb、COMPcの動作は、図1のコンパレータCOMPaと同じである。 The comparator system CSYS of this embodiment includes a comparator COMP (COMPa, COMPb, COMPc), an input voltage generation circuit VIGEN, a common voltage generation circuit VCMGEN, capacitors CPa, CNa, CPb, CNb, CPc, CNc, switch circuits SW1, SW2, It has SW3 and control circuit CNT. The comparators COMPA, COMPb, COMPc are the same circuit, and the operations of the comparators COMPA, COMPb, COMPc are the same as those of the comparator COMPa in FIG.
各コンパレータCOMPは、出力ノードOP(OPa、OPb、OPc)、ON(ONa、ONb、ONc)に所定量の負荷を接続する機能を含んでいる。すなわち、各コンパレータCOMPは、図1および図2に示した制御回路CNT2の機能の一部を含んでいる。各コンパレータCOMPは、所定量の負荷を接続する機能を含んでいる点、クロックCLKに同期して動作する点、および差動の出力ノードOP(OPa、OPb、OPc)、ON(ONa、ONb、ONc)を有することを除き、図1に示したコンパレータCOMPaおよび図2に示したコンパレータCOMPbと同様の回路である。 Each comparator COMP includes a function of connecting a predetermined amount of load to the output nodes OP (OPa, OPb, OPc), ON (ONa, ONb, ONc). That is, each comparator COMP includes a part of the function of the control circuit CNT2 shown in FIGS. Each comparator COMP includes a function of connecting a predetermined amount of load, operates in synchronization with the clock CLK, and differential output nodes OP (OPa, OPb, OPc), ON (ONa, ONb, The circuit is similar to the comparator COMPa shown in FIG. 1 and the comparator COMPb shown in FIG. 2 except that it has ONc).
コンパレータCOMPcの入力ノードVIPcは、キャパシタCPcを介して入力端子VIPに接続されている。コンパレータCOMPcの入力ノードVINcは、キャパシタCNcを介して入力端子VINに接続されている。各コンパレータCOMPの出力ノードOP、ONは、設定されている閾値に応じて、入力信号VIP、VINの電圧差を示す相補の出力信号を出力する。 The input node VIPc of the comparator COMPc is connected to the input terminal VIP via the capacitor CPc. The input node VINc of the comparator COMPc is connected to the input terminal VIN via the capacitor CNc. The output nodes OP and ON of each comparator COMP output complementary output signals indicating the voltage difference between the input signals VIP and VIN according to the set threshold value.
入力電圧生成回路VIGENは、図2に示した制御回路CNT3の機能の一部を含んでいる。入力電圧生成回路VIGENは、制御回路CNTのレジスタREGに設定される制御信号VCNTの値に応じて、電圧VP、VNを生成する。なお、電圧VP、VNは、入力電圧生成回路VIGENを形成することなく、通常動作期間に入力信号VIP、VINを生成する信号生成回路を用いて生成されてもよい。 The input voltage generation circuit VIGEN includes a part of the function of the control circuit CNT3 shown in FIG. The input voltage generation circuit VIGEN generates voltages VP and VN according to the value of the control signal VCNT set in the register REG of the control circuit CNT. The voltages VP and VN may be generated using a signal generation circuit that generates the input signals VIP and VIN during the normal operation period without forming the input voltage generation circuit VIGEN.
コモン電圧生成回路VCMGENは、入力ノードVIPa、VINaに設定されるコモン電圧VCMaを制御信号CNT1aの値に応じて生成し、入力ノードVIPb、VINbに設定されるコモン電圧VCMbを制御信号CNT1bの値に応じて生成する。また、コモン電圧生成回路VCMGENは、入力ノードVIPc、VINcに設定されるコモン電圧VCMcを制御信号CNT1cの値に応じて生成する。例えば、コモン電圧生成回路VCMGENは、抵抗型デジタルアナログコンバータや容量型デジタルアナログコンバータを用いて形成される。なお、コモン電圧生成回路VCMGENは、コンパレータシステムCSYSの外部(例えば、コンパレータシステムCSYSが搭載されるチップの外部)に配置されてもよい。 The common voltage generation circuit VCMGEN generates the common voltage VCMa set to the input nodes VIPa and VINa according to the value of the control signal CNT1a, and sets the common voltage VCMb set to the input nodes VIPb and VINb to the value of the control signal CNT1b. Generate accordingly. The common voltage generation circuit VCMGEN generates the common voltage VCMc set to the input nodes VIPc and VINc according to the value of the control signal CNT1c. For example, the common voltage generation circuit VCMGEN is formed using a resistance type digital analog converter or a capacitance type digital analog converter. The common voltage generation circuit VCMGEN may be disposed outside the comparator system CSYS (for example, outside the chip on which the comparator system CSYS is mounted).
制御回路CNTは、制御信号VCNT、CNT1a、CNT1b、CNT1c、制御信号CPa(CPa1−CPa16)、CNa(CNa1−CNa16)、CPb(CPb1−CPb16)、CNb(CNb1−CNb16)、CPc(CPc1−CPc16)、CNc(CNc1−CNc16)として出力する値を保持するレジスタREGを有している。制御信号CPa、CNaは、コンパレータCOMPa内に形成される負荷生成回路の動作を制御する。制御信号CPb、CNbは、コンパレータCOMPb内に形成される負荷生成回路の動作を制御する。制御信号CPc、CNcは、コンパレータCOMPc内に形成される負荷生成回路の動作を制御する。また、制御回路CNTは、スイッチ制御信号SCNT1、SCNT2、SCNT3を出力する機能を有している。 The control circuit CNT includes control signals VCNT, CNT1a, CNT1b, CNT1c, control signals CPa (CPa1-CPa16), CNa (CNa1-CNa16), CPb (CPb1-CPb16), CNb (CNb1-CNb16), CPc (CPc1-CPc16). ), A register REG for holding a value to be output as CNc (CNc1-CNc16). The control signals CPa and CNa control the operation of the load generation circuit formed in the comparator COMPa. The control signals CPb and CNb control the operation of the load generation circuit formed in the comparator COMPb. The control signals CPc and CNc control the operation of the load generation circuit formed in the comparator COMPc. The control circuit CNT has a function of outputting switch control signals SCNT1, SCNT2, and SCNT3.
スイッチ回路SW1は、入力端子VIPをキャパシタCPa、CPb、CPcの一端であるノードVIP0a、VIP0b、VIP0cにそれぞれ接続するスイッチを有している。また、スイッチ回路SW1は、入力端子VINをキャパシタCNa、CNb、CNcの一端であるノードVIN0a、VIN0b、VIN0cにそれぞれ接続するスイッチとを有している。スイッチ回路SW1の各スイッチは、例えば、CMOSトランスミッションゲートにより形成されており、制御回路CNTにより生成されるスイッチ制御信号SCNT1によりオンまたはオフされる。 The switch circuit SW1 includes switches that connect the input terminal VIP to nodes VIP0a, VIP0b, and VIP0c, which are one ends of the capacitors CPa, CPb, and CPc, respectively. Further, the switch circuit SW1 includes switches that connect the input terminal VIN to nodes VIN0a, VIN0b, and VIN0c, which are one ends of the capacitors CNa, CNb, and CNc, respectively. Each switch of the switch circuit SW1 is formed by, for example, a CMOS transmission gate, and is turned on or off by a switch control signal SCNT1 generated by the control circuit CNT.
スイッチ回路SW2は、ノードVIP0a、VIN0a、VIP0b、VIN0b、VIP0c、VIN0cを接地線VSSにそれぞれ接続するスイッチを有している。スイッチ回路SW2の各スイッチは、例えば、nMOSトランジスタにより形成されており、制御回路CNTにより生成されるスイッチ制御信号SCNT2によりオンまたはオフされる。 The switch circuit SW2 includes switches that connect the nodes VIP0a, VIN0a, VIP0b, VIN0b, VIP0c, and VIN0c to the ground line VSS, respectively. Each switch of the switch circuit SW2 is formed by an nMOS transistor, for example, and is turned on or off by a switch control signal SCNT2 generated by the control circuit CNT.
スイッチ回路SW3は、入力ノードVIPa、VINaをコモン電圧線VCMaに接続するスイッチ、入力ノードVIPb、VINbをコモン電圧線VCMbに接続するスイッチ、および入力ノードVIPc、VINcをコモン電圧線VCMcに接続するスイッチを有している。スイッチ回路SW3の各スイッチは、例えば、CMOSトランスミッションゲートにより形成されており、制御回路CNTにより生成されるスイッチ制御信号SCNT3によりオンまたはオフされる。例えば、制御回路CNTは、クロックCLKに同期してスイッチ制御信号SCNT1、SCNT2、SCNT3を生成する。 The switch circuit SW3 is a switch that connects the input nodes VIPa and VINa to the common voltage line VCMa, a switch that connects the input nodes VIPb and VINb to the common voltage line VCBM, and a switch that connects the input nodes VIPc and VINc to the common voltage line VCCM. have. Each switch of the switch circuit SW3 is formed by, for example, a CMOS transmission gate, and is turned on or off by a switch control signal SCNT3 generated by the control circuit CNT. For example, the control circuit CNT generates the switch control signals SCNT1, SCNT2, and SCNT3 in synchronization with the clock CLK.
制御回路CNT、コモン電圧生成回路VCMGEN、スイッチ回路SW3は、コンパレータCOMPの一対の入力ノード(VIPa、VINa等)にコモン電圧(VCMa等)を設定する第1制御回路の一例である。制御回路CNT、入力電圧生成回路VIGENおよびスイッチ回路SW1は、電圧VP、VNを入力端子VIP、VINにそれぞれ供給する第3制御回路の一例である。 The control circuit CNT, the common voltage generation circuit VCMGEN, and the switch circuit SW3 are examples of a first control circuit that sets a common voltage (VCMa, etc.) to a pair of input nodes (VIPa, VINa, etc.) of the comparator COMP. The control circuit CNT, the input voltage generation circuit VIGEN, and the switch circuit SW1 are examples of a third control circuit that supplies the voltages VP and VN to the input terminals VIP and VIN, respectively.
図4は、図3に示したコンパレータCOMPaの例を示している。コンパレータCOMPb、COMPcは、図4に示す符号中の“a”が“b”または“c”に変わることを除き、コンパレータCOMPaと同じである。 FIG. 4 shows an example of the comparator COMPa shown in FIG. The comparators COMPb and COMPc are the same as the comparator COMPa except that “a” in the reference numeral shown in FIG. 4 is changed to “b” or “c”.
コンパレータCOMPaは、pMOSトランジスタP1、P2、nMOSトランジスタN1、N2、N3、N4、スイッチ回路SW4、SW5および負荷生成回路LDGEN−Pa、LDGEN−Naを有している。pMOSトランジスタP1およびnMOSトランジスタN1、N3は、電源線VDDとノードSSとの間に直列に接続されている。pMOSトランジスタP2およびnMOSトランジスタN2、N4は、電源線VDDとノードSSとの間に直列に接続されている。 The comparator COMPa includes pMOS transistors P1 and P2, nMOS transistors N1, N2, N3 and N4, switch circuits SW4 and SW5, and load generation circuits LDGEN-Pa and LDGEN-Na. The pMOS transistor P1 and the nMOS transistors N1 and N3 are connected in series between the power supply line VDD and the node SS. The pMOS transistor P2 and the nMOS transistors N2 and N4 are connected in series between the power supply line VDD and the node SS.
pMOSトランジスタP1、P2およびnMOSトランジスタN1、N2により、一方の入力が他方の出力に接続されたラッチ回路が形成されている。pMOSトランジスタP1およびnMOSトランジスタN1のドレインおよびpMOSトランジスタP2およびnMOSトランジスタN2のゲートは、出力ノードOPaに接続されている。pMOSトランジスタP2およびnMOSトランジスタN2のドレインおよびpMOSトランジスタP1およびnMOSトランジスタN1のゲートは、出力ノードOPbに接続されている。nMOSトランジスタN3は、ゲートを入力ノードVIPaに接続し、ドレインをノードDPを介してnMOSトランジスタN1のソースに接続している。nMOSトランジスタN4は、ゲートを入力ノードVINaに接続し、ドレインをノードDNを介してnMOSトランジスタN2のソースに接続している。 The pMOS transistors P1 and P2 and the nMOS transistors N1 and N2 form a latch circuit in which one input is connected to the other output. The drains of pMOS transistor P1 and nMOS transistor N1 and the gates of pMOS transistor P2 and nMOS transistor N2 are connected to output node OPa. The drains of pMOS transistor P2 and nMOS transistor N2 and the gates of pMOS transistor P1 and nMOS transistor N1 are connected to output node OPb. The nMOS transistor N3 has a gate connected to the input node VIPa and a drain connected to the source of the nMOS transistor N1 via the node DP. The nMOS transistor N4 has a gate connected to the input node VINa and a drain connected to the source of the nMOS transistor N2 via the node DN.
スイッチ回路SW4は、クロックCLKのハイレベル期間にオンしてノードSSを接地線VSSに接続し、クロックCLKのロウレベル期間にオフするスイッチを有している。例えば、スイッチ回路SW4は、クロックCLKをゲートで受けるnMOSトランジスタにより形成されている。スイッチ回路SW5は、電源線VDDと出力ノードOPa、ONaおよびノードDP、DNとをそれぞれ接続するスイッチを有している。例えば、スイッチ回路SW5の各スイッチは、クロックCLKをゲートで受けるpMOSトランジスタにより形成されており、クロックCLKのロウレベル期間にオンし、クロックCLKのハイレベル期間にオフする。 The switch circuit SW4 has a switch that is turned on during the high level period of the clock CLK, connects the node SS to the ground line VSS, and is turned off during the low level period of the clock CLK. For example, the switch circuit SW4 is formed of an nMOS transistor that receives a clock CLK at its gate. The switch circuit SW5 has switches that connect the power supply line VDD to the output nodes OPa and ONa and the nodes DP and DN, respectively. For example, each switch of the switch circuit SW5 is formed of a pMOS transistor that receives the clock CLK at the gate, and is turned on during the low level period of the clock CLK and turned off during the high level period of the clock CLK.
負荷生成回路LDGEN−Paは、出力ノードOPaに接続された16個のキャパシタCPと、各キャパシタCPと接地線VSSとの間に配置された16個のスイッチSP(SP1、SP2、...、SP16)とを有している。各スイッチSPは、例えば、制御信号CPa(CPa1、CPa2、...、CPa16)をゲートで受けるnMOSトランジスタにより形成されている。各スイッチSPは、対応する制御信号CPaが論理1のときにオンし、対応する制御信号CPaが論理0のときにオフする。キャパシタCPの容量値は、互いに同じに設計されている。負荷生成回路LDGEN−Paは、論理1に設定される制御信号CPaの数に応じて、出力ノードOPaに接続される負荷の量を変更する。
The load generation circuit LDGEN-Pa includes 16 capacitors CP connected to the output node OPa, and 16 switches SP (SP1, SP2,..., Arranged between the capacitors CP and the ground line VSS. SP16). Each switch SP is formed of, for example, an nMOS transistor that receives a control signal CPa (CPa1, CPa2,..., CPa16) at its gate. Each switch SP is turned on when the corresponding control signal CPa is
負荷生成回路LDGEN−Naは、出力ノードONaに接続された16個のキャパシタCNと、各キャパシタCNと接地線VSSとの間に配置された16個のスイッチSN(SN1、SN2、...、SN16)とを有している。各スイッチSNは、例えば、制御信号CNa(CNa1、CNa2、...、CNa16)をゲートで受けるnMOSトランジスタにより形成されている。各スイッチSNは、対応する制御信号CNaが論理1のときにオンし、対応する制御信号CNaが論理0のときにオフする。キャパシタCNの容量値は、互いに同じに設計されており、キャパシタCPの容量値と同じである。負荷生成回路LDGEN−Naは、論理1の制御信号CNaの数に応じて、出力ノードONaに接続される負荷の量を変更する。
The load generation circuit LDGEN-Na includes 16 capacitors CN connected to the output node ONa, and 16 switches SN (SN1, SN2,..., Arranged between each capacitor CN and the ground line VSS. SN16). Each switch SN is formed by, for example, an nMOS transistor that receives a control signal CNa (CNa1, CNa2,..., CNa16) at its gate. Each switch SN is turned on when the corresponding control signal CNa is
図3に示した制御回路CNTおよび図4に示した負荷生成回路LDGEN−Pa、LDGEN−Naは、各コンパレータCOMPの出力ノードに接続される負荷の量を設定する第2制御回路の一例である。なお、負荷生成回路LDGEN−Pa、LDGEN−Naは、ノードDP、DNにそれぞれ接続されてもよい。あるいは、負荷生成回路LDGEN−Pa、LDGEN−Naは、各コンパレータCOMPの外部に形成されてもよい。 The control circuit CNT illustrated in FIG. 3 and the load generation circuits LDGEN-Pa and LDGEN-Na illustrated in FIG. 4 are examples of a second control circuit that sets the amount of load connected to the output node of each comparator COMP. . Note that the load generation circuits LDGEN-Pa and LDGEN-Na may be connected to the nodes DP and DN, respectively. Alternatively, the load generation circuits LDGEN-Pa and LDGEN-Na may be formed outside each comparator COMP.
また、スイッチSPの数およびスイッチSNの数は、16個に限定されない。例えば、各キャパシタCP、CNの容量値を半分にしてキャパシタCP、CNの数を2倍にし、スイッチSP、SNの数を2倍にしてもよい。また、負荷生成回路LDGEN−Paにおいて、各キャパシタCPは、スイッチSPと接地線VSSとの間に配置されてもよい。負荷生成回路LDGEN−Naにおいて、各キャパシタCNは、スイッチSNと接地線VSSとの間に配置されてもよい。 Further, the number of switches SP and the number of switches SN are not limited to 16. For example, the capacitance values of the capacitors CP and CN may be halved, the number of capacitors CP and CN may be doubled, and the number of switches SP and SN may be doubled. In the load generation circuit LDGEN-Pa, each capacitor CP may be arranged between the switch SP and the ground line VSS. In the load generation circuit LDGEN-Na, each capacitor CN may be disposed between the switch SN and the ground line VSS.
さらに、負荷生成回路LDGEN−Paは、キャパシタCPの代わりに電流源を配置し、制御信号CPaの反転論理を各スイッチSP1−SP16で受けてもよい。この場合にも、制御信号CPaに応じて出力ノードONaに接続される負荷の量を変更できる。同様に、負荷生成回路LDGEN−Naは、キャパシタCNの代わりに電流源を配置し、制御信号CNaの反転論理を各スイッチSN1−SN16で受けてもよい。 Further, the load generation circuit LDGEN-Pa may be provided with a current source instead of the capacitor CP, and the inverted logic of the control signal CPa may be received by the switches SP1 to SP16. Also in this case, the amount of load connected to the output node ONa can be changed according to the control signal CPa. Similarly, in the load generation circuit LDGEN-Na, a current source may be arranged instead of the capacitor CN, and the inverted logic of the control signal CNa may be received by the switches SN1 to SN16.
図5は、図4に示したコンパレータCOMPaの動作の例を示している。コンパレータCOMPb、COMPcの動作は、図5の符号OPa、ONaを、符号OPb、ONbまたは符号OPc、ONcに置き換えることで表される。コンパレータCOMPaは、入力電圧VIPが入力電圧VINより高いとき(図5の符号+の向き)、出力ノードOPaに論理0を出力し、出力ノードONaに論理1を出力する。コンパレータCOMPaは、入力電圧VIPが入力電圧VINより低いとき(図5の符号−の向き)、出力ノードOPaに論理1を出力し、出力ノードONaに論理0を出力する。
FIG. 5 shows an example of the operation of the comparator COMPa shown in FIG. The operations of the comparators COMPb and COMPc are represented by replacing the codes OPa and ONa in FIG. 5 with the codes OPb and ONb or the codes OPc and ONc. When the input voltage VIP is higher than the input voltage VIN (in the direction of the sign + in FIG. 5), the comparator COMPa outputs a
図6は、図4に示したコンパレータCOMPaにおいて、出力ノードOPa、ONaに接続される負荷の量と閾値の変動量との関係の例を示している。図6は、コモン電圧VCMaが600mVに設定されるときの特性の例を示している。コンパレータCOMPb、COMPcの特性も図6と同様である。 FIG. 6 shows an example of the relationship between the amount of load connected to the output nodes OPa and ONa and the variation amount of the threshold in the comparator COMPa shown in FIG. FIG. 6 shows an example of characteristics when the common voltage VCMa is set to 600 mV. The characteristics of the comparators COMPb and COMPc are the same as in FIG.
図6において、“fast”の電気的特性を示すコンパレータCOMPaは、“typ”の電気的特性を示すコンパレータCOMPaより動作電流が多い。“slow”の電気的特性を示すコンパレータCOMPaは、“typ”の電気的特性を示すコンパレータCOMPaより動作電流が少ない。例えば、“fast”は、コンパレータCOMPa内のpMOSトランジスタ閾値電圧(絶対値)およびnMOSトランジスタの閾値電圧が相対的に低いときの特性、あるいは、動作温度が相対的に低いときの特性である。“slow”は、コンパレータCOMPa内のpMOSトランジスタ閾値電圧(絶対値)およびnMOSトランジスタの閾値電圧が相対的に高いときの特性、あるいは、動作温度が相対的に高いときの特性である。 In FIG. 6, the comparator COMPa showing the electric characteristic “fast” has a larger operating current than the comparator COMA showing the electric characteristic “typ”. The comparator COMA which shows the electrical characteristic of “slow” has a smaller operating current than the comparator COMa which shows the electrical characteristic of “typ”. For example, “fast” is a characteristic when the threshold voltage (absolute value) of the pMOS transistor and the threshold voltage of the nMOS transistor in the comparator COMPa are relatively low, or a characteristic when the operating temperature is relatively low. “Slow” is a characteristic when the pMOS transistor threshold voltage (absolute value) and the threshold voltage of the nMOS transistor in the comparator COMPa are relatively high, or a characteristic when the operating temperature is relatively high.
この実施形態では、スイッチSP1−SP16の少なくとも1つがオンされるとき、全てのスイッチSN1−SN16はオフされる。スイッチSN1−SN16の少なくとも1つがオンされるとき、全てのスイッチSP1−SP16はオフされる。図6では、スイッチSN1−SN16のオンの数を負の値で示している。 In this embodiment, all switches SN1-SN16 are turned off when at least one of the switches SP1-SP16 is turned on. When at least one of the switches SN1-SN16 is turned on, all the switches SP1-SP16 are turned off. In FIG. 6, the number of ON of the switches SN1 to SN16 is indicated by a negative value.
オンされるスイッチSP1−SP16の数が増え、出力ノードOPaに接続される負荷の量が増えると、コンパレータCOMPaの閾値は増加する。一方、オンされるスイッチSN1−SN16の数が増え、出力ノードONaに接続される負荷の量が増えると、コンパレータCOMPaの閾値は減少し、負の値を示す。 As the number of switches SP1-SP16 turned on increases and the amount of load connected to the output node OPa increases, the threshold value of the comparator COMPa increases. On the other hand, when the number of switches SN1-SN16 to be turned on increases and the amount of load connected to the output node ONa increases, the threshold value of the comparator COMPa decreases and shows a negative value.
“fast”の特性では、オンされるスイッチSP、SNの数の変化に伴う閾値の変動量は、“typ”での閾値の変動量に比べて大きい。反対に、“slow” の特性では、オンされるスイッチSP、SNの数の変化に伴う閾値の変動量は、“typ”での閾値の変動量に比べて小さい。この実施形態では、例えば、コンパレータCOMPa、COMPb、COMPcの動作電流等の電気的特性がばらつき、閾値が互いに異なるときに、コンパレータCOMPa、COMPcの閾値をコンパレータCOMPbの閾値に合わせるために、図3に示したコモン電圧VCMb、VCMcが調整される。 In the “fast” characteristic, the amount of change in the threshold accompanying the change in the number of switches SP and SN that are turned on is larger than the amount of change in the threshold at “typ”. On the other hand, in the “slow” characteristic, the amount of variation in the threshold accompanying the change in the number of switches SP and SN that are turned on is smaller than the amount of variation in the threshold at “typ”. In this embodiment, for example, when the electrical characteristics such as the operating currents of the comparators COMPA, COMPb, and COMPc vary and the threshold values are different from each other, in order to match the threshold values of the comparators COMPA and COMPc with the threshold values of the comparator COMPb, FIG. The common voltages VCMb and VCMc shown are adjusted.
図7は、図4に示したコンパレータCOMPaにおいて、コモン電圧VCMaと閾値の変動量との関係の例を示している。図7では、コモン電圧VCMaの符号を“Vcm”と表記している。コンパレータCOMPb、COMPcの特性も図7と同様である。 FIG. 7 shows an example of the relationship between the common voltage VCMa and the threshold fluctuation amount in the comparator COMPa shown in FIG. In FIG. 7, the symbol of the common voltage VCMa is expressed as “Vcm”. The characteristics of the comparators COMPb and COMPc are the same as in FIG.
図7中の菱形の記号は、図6と同様に、“typ”の特性を示すコンパレータCOMPaにおいて、コモン電圧VCMaが600mVに設定されるときの特性を示している。菱形以外の記号は、特性が“fast”のコンパレータCOMPaにおいて、コモン電圧VCMaを変えたときの特性を示している。 The rhombic symbols in FIG. 7 indicate the characteristics when the common voltage VCMa is set to 600 mV in the comparator COMPa indicating the “typ” characteristics, as in FIG. 6. Symbols other than the rhombus indicate the characteristics when the common voltage VCMa is changed in the comparator COMMPa having the characteristics “fast”.
コンパレータCOMPaの閾値は、コモン電圧VCMaを下げることで低くなり、コモン電圧VCMaを上げることで高くなる。例えば、特性が“fast”のコンパレータCOMPaの閾値は、コモン電圧VCMが基準値(600mV)より低い545mVに設定されることで、特性が“typ”のコンパレータCOMPaの閾値に合わせられる。 The threshold value of the comparator COMPa is lowered by lowering the common voltage VCMa and is raised by raising the common voltage VCMa. For example, the threshold value of the comparator COMPA having the characteristic “fast” is set to the threshold value of the comparator COMPA having the characteristic “typ” by setting the common voltage VCM to 545 mV, which is lower than the reference value (600 mV).
図8は、図4に示したコンパレータCOMPaにおいて、コモン電圧VCMaと閾値の変動量との関係の別の例を示している。図8では、コモン電圧VCMaの符号を“Vcm”と表記している。コンパレータCOMPb、COMPcの特性も図8と同様である。 FIG. 8 shows another example of the relationship between the common voltage VCMa and the threshold fluctuation amount in the comparator COMPa shown in FIG. In FIG. 8, the code of the common voltage VCMa is represented as “Vcm”. The characteristics of the comparators COMPb and COMPc are the same as those in FIG.
図8中の菱形の記号は、図6と同様に、特性が“typ”のコンパレータCOMPaにおいて、コモン電圧VCMaが600mVに設定されるときの特性を示している。菱形以外の記号は、特性が“slow”のコンパレータCOMPaにおいて、コモン電圧VCMaを変えたときの特性を示している。 The rhombic symbols in FIG. 8 indicate the characteristics when the common voltage VCMa is set to 600 mV in the comparator COMPa whose characteristics are “typ”, as in FIG. 6. Symbols other than the rhombus indicate characteristics when the common voltage VCMa is changed in the comparator COMPA whose characteristics are “slow”.
図7と同様に、コンパレータCOMPaの閾値は、コモン電圧VCMaを下げることで低くなり、コモン電圧VCMaを上げることで高くなる。例えば、特性が“slow”のコンパレータCOMPaの閾値は、コモン電圧VCMaが基準値(600mV)より高い665mVに設定されることで、特性が“typ”のコンパレータCOMPaの閾値に合わせられる。 Similar to FIG. 7, the threshold value of the comparator COMPa is lowered by lowering the common voltage VCMa and is raised by raising the common voltage VCMa. For example, the threshold value of the comparator COMPA having the characteristic “slow” is set to the threshold value of the comparator COMPA having the characteristic “typ” by setting the common voltage VCMa to 665 mV, which is higher than the reference value (600 mV).
図9は、図3に示したコンパレータシステムCSYSの動作の例を示している。例えば、コンパレータシステムCSYSは、パワーオン後に、検出期間および補正期間を含む初期化期間を経て通常動作期間に移行する。図9に示すステップS100−S300は、説明を分かりやすくするための便宜上の区分けであり、実際には、コンパレータシステムCSYSの回路により、図9に示す動作が連続的に実施される。なお、初期化期間は、例えば、通常動作期間中に温度が変化したときに実施されてもよく、通常動作期間中に所定の頻度で実施されてもよい。 FIG. 9 shows an example of the operation of the comparator system CSYS shown in FIG. For example, the comparator system CSYS shifts to the normal operation period after an initialization period including a detection period and a correction period after power-on. Steps S100 to S300 shown in FIG. 9 are divisions for convenience to make the explanation easy to understand. In practice, the operation shown in FIG. 9 is continuously performed by the circuit of the comparator system CSYS. Note that the initialization period may be performed, for example, when the temperature changes during the normal operation period, or may be performed at a predetermined frequency during the normal operation period.
ステップS100は、検出期間に実施される。ステップS100では、複数のコンパレータCOMPのうちの1つ(例えば、基準となるコンパレータCOMPb)について、所定量の負荷が出力ノードOPbに接続されたときの閾値の変動量が検出される。ステップS100の具体例は、図10および図11に示す。 Step S100 is performed during the detection period. In step S100, a threshold fluctuation amount when a predetermined amount of load is connected to the output node OPb is detected for one of the plurality of comparators COMP (for example, the comparator COMPb as a reference). Specific examples of step S100 are shown in FIGS.
ステップS200は、補正期間に実施される。ステップS200では、検出期間に使用される基準のコンパレータを除くコンパレータ(例えば、コンパレータCOMPa、COMPc)の閾値をコンパレータCOMPbの閾値に合わせるために、コモン電圧VCM(例えば、VCMa、VCMc)が求められる。ステップS200の具体例は、図12から図14に示す。 Step S200 is performed during the correction period. In step S200, the common voltage VCM (eg, VCMa, VCCMc) is obtained in order to match the threshold value of the comparators (eg, comparators COMPA, COMPc) excluding the reference comparator used in the detection period to the threshold value of the comparator COMPb. Specific examples of step S200 are shown in FIGS.
ステップS300では、各コンパレータCOMPa、COMPb、COMPcの負荷生成回路LDGEN(LDGEN−Pa、LDGEN−Na等)を用いて、閾値が設定される。例えば、フラッシュ型アナログデジタルコンバータに内蔵されるコンパレータシステムCSYSでは、コンパレータCOMPa、COMPb、COMPcの閾値は、互いに異なる値に設定される。 In step S300, a threshold value is set using the load generation circuit LDGEN (LDGEN-Pa, LDGEN-Na, etc.) of each comparator COMPa, COMPb, COMPc. For example, in the comparator system CSYS built in the flash type analog-digital converter, the threshold values of the comparators COMPA, COMPb, COMPc are set to different values.
この後、コンパレータシステムCSYSは、通常動作期間に移行し、ステップS400において、コンパレータCOMPa、COMPb、COMPcを用いて、入力信号VIP、VINの電圧の比較動作を実施する。 Thereafter, the comparator system CSYS shifts to a normal operation period, and in step S400, the comparators COMPA, COMPb, COMPc are used to compare the voltages of the input signals VIP, VIN.
図10は、図9に示したステップS100の動作の例を示している。なお、図10では、説明を簡単にするために、図3に示したスイッチ回路SW1、SW2、SW3の動作説明は省略する。スイッチ回路SW1、SW2、SW3の動作は、図11で説明する。 FIG. 10 shows an example of the operation of step S100 shown in FIG. In FIG. 10, the description of the operation of the switch circuits SW1, SW2, and SW3 shown in FIG. 3 is omitted to simplify the description. The operation of the switch circuits SW1, SW2, and SW3 will be described with reference to FIG.
先ず、ステップS102において、図3に示した制御回路CNTは、コモン電圧生成回路VCMGENに制御信号CNT1bを出力し、コンパレータCOMPbの入力ノードVIPb、VINbに設定するコモン電圧VCMbを値V1に設定する。電圧値V1は、入力ノードVIPb、VINbの電圧差を正しく判定するための基準のコモン電圧(例えば600mV)であり、コンパレータCOMPa、COMPb、COMPcの電気的特性に応じて予め決められる。 First, in step S102, the control circuit CNT shown in FIG. 3 outputs the control signal CNT1b to the common voltage generating circuit VCMGEN, and sets the common voltage VCMb set to the input nodes VIPb and VINb of the comparator COMPb to the value V1. The voltage value V1 is a reference common voltage (for example, 600 mV) for correctly determining the voltage difference between the input nodes VIPb and VINb, and is determined in advance according to the electrical characteristics of the comparators COMPA, COMPb, and COMPc.
ステップS104において、制御回路CNTは、制御信号CPb1−CPb16を論理1に設定し、制御信号CNb1−CNb16を論理0に設定する。これにより、コンパレータCOMPbにおいて、負荷生成回路LDGEN−Pbの全てのスイッチCP(図4)はオンし、負荷生成回路LDGEN−Nbの全てのスイッチCN(図4)はオフする。
In step S104, the control circuit CNT sets the control signals CPb1-CPb16 to
コンパレータCOMPbは、出力ノードOPbに接続可能な最大量の負荷が接続された状態になり、図6に示したように、閾値は正側にシフトする。例えば、コンパレータCOMPbの電気的特性が“typ”のとき、閾値の変動量は+160mVである。この状態では、出力ノードOPbは、入力ノードVIPb、VINbの電圧差(VIPb−VINb)が160mV以上のとき論理0になり、電圧差が160mVより小さいとき論理1になる。
The comparator COMPb is in a state where the maximum load that can be connected to the output node OPb is connected, and the threshold value is shifted to the positive side as shown in FIG. For example, when the electrical characteristic of the comparator COMPb is “typ”, the threshold fluctuation amount is +160 mV. In this state, the output node OPb becomes
制御回路CNTは、入力電圧生成回路VIGENにより生成される電圧VP、VNを互いに等しくするために、制御信号VCNTを出力する。これにより、入力ノードVIPb、VINbの電圧は互いに等しくなり、出力ノードOPbは論理1になる。
The control circuit CNT outputs a control signal VCNT in order to make the voltages VP and VN generated by the input voltage generation circuit VIGEN equal to each other. As a result, the voltages of the input nodes VIPb and VINb become equal to each other, and the output node OPb becomes
次に、ステップS106において、制御回路CNTは、電圧VPを1ステップ上げ、電圧VNを1ステップ下げるために、制御信号VCNTの値を変化する。例えば、1ステップは5mVである。ステップS108において、制御回路CNTは、出力ノードOPbが論理0に変化したか否かを判定する。 Next, in step S106, the control circuit CNT changes the value of the control signal VCNT in order to increase the voltage VP by one step and decrease the voltage VN by one step. For example, one step is 5 mV. In step S108, the control circuit CNT determines whether or not the output node OPb has changed to logic zero.
制御回路CNTは、出力ノードOPbが論理1に保持されているとき、電圧VP、VNの差が、出力ノードOPbに接続された負荷による閾値の変動量に達していないと判断し、ステップS106に戻る。制御回路CNTは、出力ノードOPbが論理0に変化したとき、電圧VP、VNの差VP−VNが、出力ノードOPbに接続された負荷による閾値の変動量(この例では、160mV)と等しくなったと判断し、ステップS110に移行する。
When the output node OPb is held at
ステップS110では、現在の電圧VP、VNの値と、オンしているスイッチCPの数とが、レジスタREGに保持される。例えば、電圧VP、VNの値およびオンしているスイッチCPの数は、制御信号VCNTの値および制御信号CPb1−CPb16の値としてレジスタREGに保持される。レジスタREGに保持される電圧VP、VNの差は、負荷の接続により変化する閾値の変動量を相殺するための値である。なお、レジスタREGに設定されている値を用いて、オンするスイッチCPの数および電圧VP、VNの値が設定される場合、レジスタREGは、ステップS102、S106が実施されるときに、オンするスイッチCPの数および電圧VP、VNの値をそれぞれ保持する。 In step S110, the values of the current voltages VP and VN and the number of switches CP that are turned on are held in the register REG. For example, the values of the voltages VP and VN and the number of the switches CP that are turned on are held in the register REG as the value of the control signal VCNT and the values of the control signals CPb1 to CPb16. The difference between the voltages VP and VN held in the register REG is a value for canceling out the amount of change in the threshold that changes depending on the connection of the load. When the number of switches CP to be turned on and the values of the voltages VP and VN are set using the values set in the register REG, the register REG is turned on when steps S102 and S106 are performed. The number of switches CP and the values of voltages VP and VN are held.
この実施形態では、閾値の変動量に対応する電圧差VP−VNは、出力ノードOPbに接続可能な最大量の負荷が接続された状態のコンパレータCOMPbにより求められる。図6に示したように、閾値の変動量は、出力ノードに接続される負荷量が大きいほど大きくなる。求める電圧差VP−VNは、閾値の変動量に追従して大きくなる。このため、出力ノードOPbに最大量の負荷を接続することにより、閾値の変動量と、閾値の変動量に対応する電圧差VP−VNとの誤差を小さくできる。すなわち、出力ノードOPbに最大量の負荷を接続することにより、閾値の変動量を正確に求めることができる。 In this embodiment, the voltage difference VP−VN corresponding to the threshold fluctuation amount is obtained by the comparator COMPb in a state where the maximum load that can be connected to the output node OPb is connected. As shown in FIG. 6, the threshold fluctuation amount increases as the load amount connected to the output node increases. The required voltage difference VP-VN increases following the amount of change in the threshold. For this reason, by connecting the maximum amount of load to the output node OPb, the error between the threshold fluctuation amount and the voltage difference VP-VN corresponding to the threshold fluctuation amount can be reduced. That is, by connecting the maximum amount of load to the output node OPb, the threshold fluctuation amount can be accurately obtained.
なお、ステップS100の動作として、負荷生成回路LDGEN−Nbの全てのスイッチCNをオンし、負荷生成回路LDGEN−Pb全てのスイッチCPをオフしてもよい。この場合、コンパレータCOMPbの閾値は負側にシフトし、電圧VP、VNが互いに等しいとき、出力ノードOPbは論理0を出力する。そして、出力ノードOPbが論理1に変化するまで、電圧VPが順に下げられ、電圧VNが順に上げられる。制御回路CNTは、出力ノードOPbが論理1に変化したときに、電圧VP、VNの差が、出力ノードONbに接続された負荷による閾値の変動量(この例では、−160mV)と等しくなったと判断する。そして、このときの電圧VP、VNの値と、オンしているスイッチCNの数とがレジスタREGに保持される。
As an operation in step S100, all the switches CN of the load generation circuit LDGEN-Nb may be turned on, and all the switches CP of the load generation circuit LDGEN-Pb may be turned off. In this case, the threshold value of the comparator COMPb is shifted to the negative side, and the output node
図11は、図9に示したステップS100を実行するコンパレータシステムCSYSの動作波形の例を示している。制御回路CNTは、クロックCLKのハイレベル期間にスイッチ回路SW2、SW3のスイッチをオンするために、スイッチ制御信号SCNT2、SCNT3を論理1に設定する。スイッチ回路SW2のスイッチのオンにより、図3に示したノードVIP0b、VIN0bは、接地電圧VSSに設定される。スイッチ回路SW3のスイッチのオンにより、図3に示したキャパシタCPb、CNbにコモン電圧VCMbが充電され、入力ノードVIPb、VINbはコモン電圧VCMbに設定される。例えば、コモン電圧VCMbの値V1は、基準値(600mV)である。
FIG. 11 shows an example of operation waveforms of the comparator system CSYS that executes step S100 shown in FIG. The control circuit CNT sets the switch control signals SCNT2 and SCNT3 to
ステップS100の実行の開始時に、制御回路CNTは、制御信号CPb1−CPb16を論理1に設定し、制御信号CNb1−CNb16を論理0に設定する。この例では、入力ノードVIPb、VINbの初期電圧が互いに等しいため、出力ノードOPbは論理1に変化する。
At the start of execution of step S100, the control circuit CNT sets the control signals CPb1-CPb16 to
制御回路CNTは、クロックCLKのロウレベル期間にスイッチ回路SW1のスイッチをオンするために、スイッチ制御信号SCNT1を論理1に設定する。また、制御回路CNTは、クロックサイクル毎に、電圧VPを順に上げ、電圧VNを順に下げる。そして、各クロックサイクルにおいて、クロックCLKのハイレベル期間に入力ノードVIPb、VINbがコモン電圧VCMb(=V1)に設定され、クロックCLKのロウレベル期間に電圧VP、VNの差が、入力ノードVIPb、VINbの電圧差として現れる。
The control circuit CNT sets the switch control signal SCNT1 to
この例では、入力ノードVIPb、VINbの電圧差が値VTになったとき、出力ノードOPbが論理1から論理0に変化する。電圧差VTは、出力ノードONbに接続された負荷による閾値の変動量と等しい。制御回路CNTは、出力ノードOPbが論理0に変化したときの電圧VP、VNの値を示す制御信号VCNTの値と、オンしているスイッチCPの数を示す制御信号CPb1−CPb16の値とをレジスタREGに保持する。
In this example, when the voltage difference between the input nodes VIPb and VINb reaches the value VT, the output node OPb changes from
図12は、図9に示したステップS200の動作の例を示している。図12は、コンパレータCOMPaの閾値をコンパレータCOMPbの閾値に合わせる動作を示している。コンパレータCOMPcの閾値をコンパレータCOMPbの閾値に合わせる動作は、コンパレータCOMPbの閾値に合わせる動作に続いて実施される。コンパレータCOMPcの閾値に合わせる動作は、図12に示す符号中の“a”を“c”に変えることにより実現される。スイッチ回路SW1、SW2、SW3の動作は、図13および図14で説明する。 FIG. 12 shows an example of the operation of step S200 shown in FIG. FIG. 12 shows an operation of matching the threshold value of the comparator COMPa with the threshold value of the comparator COMPb. The operation of adjusting the threshold value of the comparator COMPc to the threshold value of the comparator COMPb is performed following the operation of adjusting the threshold value of the comparator COMPb. The operation to match the threshold value of the comparator COMPc is realized by changing “a” in the code shown in FIG. 12 to “c”. The operation of the switch circuits SW1, SW2, and SW3 will be described with reference to FIGS.
以降の説明を簡単にするために、コンパレータCOMPbの特性は“typ”であり、コンパレータCOMPaの特性は、“fast”であり、コンパレータCOMPcの特性は、“slow”であるとする。 In order to simplify the following description, it is assumed that the characteristic of the comparator COMPb is “typ”, the characteristic of the comparator COMPa is “fast”, and the characteristic of the comparator COMPc is “slow”.
先ず、ステップS202において、制御回路CNTは、レジスタREGに保持している負荷生成回路LDGEN−PbのスイッチCPのオンの数と同じ数(例えば16個)を、負荷生成回路LDGEN−PaのスイッチCPのオンの数としてレジスタREGに設定する。また、制御回路CNTは、電圧VP、VNを設定するために、レジスタREGに保持している電圧VP、VNの値を示す制御信号VCNTを出力する。 First, in step S202, the control circuit CNT sets the same number (for example, 16) as the number of switches CP of the load generation circuit LDGEN-Pb held in the register REG to the switch CP of the load generation circuit LDGEN-Pa. Is set in the register REG as the number of ON. The control circuit CNT outputs a control signal VCNT indicating the values of the voltages VP and VN held in the register REG in order to set the voltages VP and VN.
ステップS204において、制御回路CNTは、コモン電圧生成回路VCMGENに制御信号CNT1aを出力し、コンパレータCOMPaの入力ノードVIPa、VINaに設定するコモン電圧VCMaを基準値V1(例えば、600mV)に設定する。コンパレータCOMPaにおいて、スイッチCPのオンによる閾値の増加量は、増加量に対応する電圧VP、VNの印加により相殺される。換言すれば、コンパレータCOMPaは、入力ノードVIPa、VINaの電圧が等しいときと同じ状態になる。 In step S204, the control circuit CNT outputs the control signal CNT1a to the common voltage generation circuit VCMGEN, and sets the common voltage VCMa set to the input nodes VIPa and VINa of the comparator COMPa to a reference value V1 (for example, 600 mV). In the comparator COMPa, the increase amount of the threshold value due to the switch CP being turned on is canceled by the application of the voltages VP and VN corresponding to the increase amount. In other words, the comparator COMPa is in the same state as when the voltages at the input nodes VIPa and VINa are equal.
この例では、コンパレータCOMPaの特性は“fast”である。このため、スイッチCPがオンしているときのコンパレータCOMPaの閾値の変動量は、図7に正方形の記号で示したように、電気的特性が“typ”のコンパレータCOMPbの閾値に比べて高い側にシフトする。コンパレータCOMPaは、入力ノードVIPa、VINaの電圧が等しいときと同じ状態であるため、ステップS204の処理後に、閾値が相対的に高いコンパレータCOMPaの出力ノードOPaは、論理1になる。
In this example, the characteristic of the comparator COMPa is “fast”. For this reason, the fluctuation amount of the threshold value of the comparator COMPa when the switch CP is on is higher than the threshold value of the comparator COMPb whose electrical characteristics are “typ”, as indicated by a square symbol in FIG. Shift to. Since the comparator COMPa is in the same state as when the voltages of the input nodes VIPa and VINa are equal, the output node OPa of the comparator COMPa having a relatively high threshold becomes
ステップS206において、出力ノードOPaが論理1のとき、処理はステップS208に移行し、出力ノードOPaが論理0のとき、処理はステップS212に移行する。ステップS208において、制御回路CNTは、コンパレータCOMPaの閾値をコンパレータCOMPbの閾値に近づけるために、制御信号CNT1aの値を変化し、コモン電圧VCMaを下げる。
In step S206, when the output node OPa is
ステップS210において、制御回路CNTは、出力ノードOPaが論理0に変化したか否かを判定する。制御回路CNTは、出力ノードOPaが論理1を維持しているとき、コモン電圧VCMaの調整による閾値の補正が完了していないと判断し、ステップS208に戻る。
In step S210, the control circuit CNT determines whether or not the output node OPa has changed to logic zero. When the output node OPa maintains the
制御回路CNTは、出力ノードOPaが論理0に変化したとき、コモン電圧VCMaの調整による閾値の補正が完了し、コンパレータCOMPaの閾値がコンパレータCOMPbの閾値と等しくなったと判断し、ステップS216に移行する。例えば、図7に示したように、コモン電圧Vcm(VCMa)が545mVになったときに、ステップS210の判定は“Yes”になる。そして、ステップS216において、制御回路CNTは、現在のコモン電圧VCMaを設定するための制御信号CNT1aの値をレジスタREGに保持する。
When the output node OPa changes to
一方、コンパレータCOMPaの電気的特性が“slow”のとき、コンパレータCOMPaの閾値は、図8に正方形の記号で示したように、電気的特性が“typ”のコンパレータCOMPbの閾値に比べて低い側にシフトする。コンパレータCOMPaは、入力ノードVIPa、VINaの電圧が等しいときと同じ状態であるため、ステップS204の処理後に、閾値が相対的に低いコンパレータCOMPaの出力ノードOPaは、論理0になり、ステップS212、S214が実行される。なお、ステップS214、S216の処理は、電気的特性が“slow”のコンパレータCOMPcのコモン電圧VCMcを設定するための処理も示している。
On the other hand, when the electrical characteristic of the comparator COMPa is “slow”, the threshold value of the comparator COMPa is lower than the threshold value of the comparator COMPb whose electrical characteristic is “typ”, as indicated by a square symbol in FIG. Shift to. Since the comparator COMPa is in the same state as when the voltages of the input nodes VIPa and VINa are equal, the output node OPa of the comparator COMPA having a relatively low threshold after the processing of step S204 becomes
ステップS212において、制御回路CNTは、コンパレータCOMPaの閾値をコンパレータCOMPbの閾値に近づけるために、制御信号CNT1aの値を変化し、コモン電圧VCMaを上げる。ステップS214において、制御回路CNTは、出力ノードOPaが論理1に変化したか否かを判定する。制御回路CNTは、出力ノードOPaが論理0を維持しているとき、コモン電圧VCMaの調整による閾値の補正が完了していないと判断し、ステップS212に戻る。
In step S212, the control circuit CNT changes the value of the control signal CNT1a and raises the common voltage VCMa in order to bring the threshold value of the comparator COMPa closer to the threshold value of the comparator COMPb. In step S214, the control circuit CNT determines whether or not the output node OPa has changed to
制御回路CNTは、出力ノードOPaが論理1に変化したとき、コモン電圧VCMaの調整による閾値の補正が完了し、コンパレータCOMPaの閾値がコンパレータCOMPbの閾値と等しくなったと判断し、ステップS216に移行する。例えば、図8に示したように、コモン電圧Vcm(VCMa)が665mVになったときに、ステップS214の判定は“Yes”になる。
When the output node OPa changes to
図13は、図9に示したステップS200を実行するコンパレータシステムCSYSの動作波形の例を示している。図13は、電気的特性が“fast”のコンパレータCOMPaのコモン電圧VCMaを設定するための動作波形を示している。すなわち、図13は、図12に示したステップS202−S210、S216の動作を示している。図11と同じ動作については、詳細な説明は省略する。スイッチ制御信号SCNT1、SCNT2、SCNT3の波形は、図11と同じである。 FIG. 13 shows an example of operation waveforms of the comparator system CSYS that executes step S200 shown in FIG. FIG. 13 shows an operation waveform for setting the common voltage VCMa of the comparator COMPa having the electrical characteristic “fast”. That is, FIG. 13 shows operations of steps S202 to S210 and S216 shown in FIG. Detailed descriptions of the same operations as those in FIG. 11 are omitted. The waveforms of the switch control signals SCNT1, SCNT2, and SCNT3 are the same as those in FIG.
先ず、制御回路CNTは、制御信号CPa1−CPa16を論理1に設定し、制御信号CNa1−CNa16を論理0に設定する。制御回路CNTは、コンパレータCOMPaの入力ノードVIPa、VINaに設定するコモン電圧VCMaを基準値V1(例えば、600mV)に設定するために、制御信号CNT1aを出力する。この例では、入力ノードVIPa、VINaの初期電圧は互いに等しいため、出力ノードOPaは論理1に設定される。
First, the control circuit CNT sets the control signals CPa1-CPa16 to
次に、制御回路CNTは、最初のクロックサイクルにおいて、図10のステップS110でレジスタREGに保持した制御信号VCNTの値を出力する。入力電圧生成回路VIGENは、制御信号VCNTに応じて電圧VPを上げ、電圧VNを下げ、電圧差VT(例えば、160mV)を有する電圧VP、VNを生成する。電圧VP、VNの電圧差は、スイッチ制御信号SCNT1のハイレベル期間に入力ノードVIPa、VINaに伝達される。コンパレータCOMPaの特性は、“fast”のため、最初のクロックサイクルにおいて、出力ノードOPaは論理1を維持する。
Next, in the first clock cycle, the control circuit CNT outputs the value of the control signal VCNT held in the register REG in step S110 of FIG. The input voltage generation circuit VIGEN increases the voltage VP according to the control signal VCNT, decreases the voltage VN, and generates voltages VP and VN having a voltage difference VT (for example, 160 mV). The voltage difference between the voltages VP and VN is transmitted to the input nodes VIPa and VINa during the high level period of the switch control signal SCNT1. Since the characteristic of the comparator COMPa is “fast”, the output node OPa maintains the
この後、制御回路CNTは、出力ノードOPaの論理が反転するまで、クロックサイクル毎にコモン電圧VCMaを順に下げる。例えば、制御回路CNTは、クロックCLKの立ち上がりエッジに同期して出力ノードOPaの論理を判定する。そして、制御回路CNTは、出力ノードOPaが論理0に変化したときのコモン電圧VCMaの値VSETaを示す制御信号CNT1aの値をレジスタREGに保持する。保持したコモン電圧VSETaは、図9に示した初期化期間後の通常動作期間に使用される。
Thereafter, the control circuit CNT sequentially decreases the common voltage VCMa every clock cycle until the logic of the output node OPa is inverted. For example, the control circuit CNT determines the logic of the output node OPa in synchronization with the rising edge of the clock CLK. Then, the control circuit CNT holds the value of the control signal CNT1a indicating the value VSETa of the common voltage VCMa when the output node OPa changes to
図14は、図9に示したステップS200を実行するコンパレータシステムCSYSの動作波形の別の例を示している。図14は、電気的特性が“slow”のコンパレータCOMPcのコモン電圧VCMcを設定するための動作波形を示している。すなわち、図14は、図12に示したステップS202−S206、S212−S216の動作を示している。図11および図13と同じ動作については、詳細な説明は省略する。スイッチ制御信号SCNT1、SCNT2、SCNT3の波形は、図11と同じである。 FIG. 14 shows another example of operation waveforms of the comparator system CSYS that executes step S200 shown in FIG. FIG. 14 shows an operation waveform for setting the common voltage VCMc of the comparator COMPc having an electrical characteristic of “slow”. That is, FIG. 14 shows operations of steps S202 to S206 and S212 to S216 shown in FIG. Detailed descriptions of the same operations as those in FIGS. 11 and 13 are omitted. The waveforms of the switch control signals SCNT1, SCNT2, and SCNT3 are the same as those in FIG.
先ず、制御回路CNTは、図12と同様に、制御信号CPc1−CPc16を論理1に設定し、制御信号CNc1−CNc16を論理0に設定する。制御回路CNTは、コンパレータCOMPcの入力ノードVIPc、VINcに設定するコモン電圧VCMcを基準値V1(例えば、600mV)に設定するために、制御信号CNT1cを出力する。この例では、入力ノードVIPc、VINcの初期電圧が互いに等しいため、出力ノードOPcは論理1に設定される。
First, the control circuit CNT sets the control signals CPc1 to CPc16 to
次に、制御回路CNTは、図13と同様に、電圧差VT(例えば、160mV)を有する電圧VP、VNを生成するために、最初のクロックサイクルにおいて、図10のステップS110でレジスタREGに保持した制御信号VCNTの値を出力する。電圧VP、VNの電圧差は、スイッチ制御信号SCNT1のハイレベル期間に入力ノードVIPc、VINcに伝達される。コンパレータCOMPcの電気的特性は、“slow”のため、最初のクロックサイクルにおいて、出力ノードOPcは論理0に変化する。
Next, as in FIG. 13, the control circuit CNT holds the voltage VP and VN having the voltage difference VT (for example, 160 mV) in the register REG in step S110 of FIG. 10 in the first clock cycle. The value of the control signal VCNT is output. The voltage difference between the voltages VP and VN is transmitted to the input nodes VIPc and VINc during the high level period of the switch control signal SCNT1. Since the electrical characteristic of the comparator COMPc is “slow”, the output node OPc changes to
この後、制御回路CNTは、出力ノードOPcの論理が反転するまで、クロックサイクル毎にコモン電圧VCMcを順に上げる。例えば、制御回路CNTは、クロックCLKの立ち上がりエッジに同期して出力ノードOPcの論理を判定する。そして、制御回路CNTは、出力ノードOPcが論理1に変化したときのコモン電圧VCMcの値VSETcを示す制御信号CNT1cの値をレジスタREGに保持する。
Thereafter, the control circuit CNT sequentially increases the common voltage VCMc every clock cycle until the logic of the output node OPc is inverted. For example, the control circuit CNT determines the logic of the output node OPc in synchronization with the rising edge of the clock CLK. The control circuit CNT holds the value of the control signal CNT1c indicating the value VSETc of the common voltage VCMc when the output node OPc changes to
図15は、図3に示したコンパレータシステムCSYSを応用したアナログデジタルコンバータADCの例を示している。例えば、アナログデジタルコンバータADCは、4ビットのフラッシュ型アナログデジタルコンバータであり、コンパレータシステムCSYSおよびエンコーダENCを有している。 FIG. 15 shows an example of an analog-digital converter ADC to which the comparator system CSYS shown in FIG. 3 is applied. For example, the analog-digital converter ADC is a 4-bit flash analog-digital converter, and includes a comparator system CSYS and an encoder ENC.
例えば、コンパレータシステムCSYSは、15個のコンパレータCOMP(COMPa−COMPo)を有しており、増加したコンパレータCOMPに対応する回路および信号線が、図3に比べて増えている。各スイッチ回路SW1、SW2、SW3は、図3と同様に、コンパレータCOMPa−COMPoに対応するスイッチを有している。スイッチ回路SW1、SW2、SW3の他の要素との接続関係は、図3と同様である。 For example, the comparator system CSYS has 15 comparators COMP (COMPa-COMPo), and the number of circuits and signal lines corresponding to the increased comparators COMP are increased compared to FIG. Each switch circuit SW1, SW2, SW3 has a switch corresponding to the comparator COMPA-COMPo, as in FIG. The connection relationship with other elements of the switch circuits SW1, SW2, and SW3 is the same as that in FIG.
入力電圧生成回路VIGENは、レジスタREGに設定される制御信号VCNTの値に応じて、電圧VP、VNを生成する。コモン電圧生成回路VCMGENは、コンパレータCOMPa−COMPoにそれぞれ対応する制御信号CNT1a−CNT1oに応じて、15種類のコモン電圧VCMa−VCMoを生成する。制御信号CNT1a−CNT1oの値は、レジスタREGに保持される。生成されたコモン電圧VCMa、VCMb、VCMc、...、VCMoは、スイッチ回路SW3を介して入力ノードVIPa/VINa、VIPb/VINb、VIPc/VINc、...、VIPo/VINoにそれぞれ伝達される。 The input voltage generation circuit VIGEN generates voltages VP and VN according to the value of the control signal VCNT set in the register REG. The common voltage generation circuit VCCMGEN generates 15 types of common voltages VCMa-VCMo according to the control signals CNT1a-CNT1o corresponding to the comparators COMPa-COMPo, respectively. The values of the control signals CNT1a to CNT1o are held in the register REG. The generated common voltages VCMa, VCMb, VCMC,..., VCMo are respectively transmitted to the input nodes VIPa / VINa, VIPb / VINb, VIPc / VINc,..., VIPo / VINo via the switch circuit SW3. .
各コンパレータCOMPa−COMPoは、図4と同様に、一対の負荷生成回路LDGEN−Pa、LDGEN−Naを有している。各コンパレータCOMPa−COMPoの負荷生成回路LDGEN−PaのスイッチSP1−SP16を制御する制御信号(CPa1−CPa16等)の値は、レジスタREGに保持される。各コンパレータCOMPa−COMPoの負荷生成回路LDGEN−NaのスイッチSN1−SN16を制御する制御信号(CNa1−CNa16等)の値は、レジスタREGに保持される。そして、レジスタREGに保持されている値に応じてスイッチSP、SNのオン/オフを制御する制御信号(CPa1−CPa16、CNa1−CNa16等)が出力される。 Each comparator COMPA-COMPo has a pair of load generation circuits LDGEN-Pa and LDGEN-Na as in FIG. The value of the control signal (CPa1-CPa16 etc.) for controlling the switches SP1-SP16 of the load generation circuit LDGEN-Pa of each comparator COMPa-COMPo is held in the register REG. The value of the control signal (CNa1-CNa16 etc.) for controlling the switches SN1-SN16 of the load generation circuit LDGEN-Na of each comparator COMPA-COMPo is held in the register REG. Then, control signals (CPa1-CPa16, CNa1-CNa16, etc.) for controlling on / off of the switches SP, SN according to the values held in the register REG are output.
制御回路CNTは、図3と同様に、スイッチ回路SW1、SW2、SW3をそれぞれ制御するスイッチ制御信号SCNT1、SCNT2、SCNT3をクロックCLKに同期して生成する。制御回路CNTは、各コンパレータCOMPa−COMPoの閾値を判定するために、図7に示したステップS100、S200の処理中に、各コンパレータCOMPa−COMPoの出力信号OPa、OPb、OPc、...、OPoを受ける。 Similarly to FIG. 3, the control circuit CNT generates switch control signals SCNT1, SCNT2, and SCNT3 for controlling the switch circuits SW1, SW2, and SW3, respectively, in synchronization with the clock CLK. The control circuit CNT determines the output signal OPa, OPb, OPc,... Of each comparator COMPA-COMPo during the processing of steps S100 and S200 shown in FIG. Receive OPo.
図15に示すコンパレータシステムCSYSでは、図7に示したステップS100を実施することにより、コンパレータCOMPa−COMPoの1つである基準のコンパレータCOMPの出力ノードに所定量の負荷を接続したときの閾値の変動量が、電圧VP、VNの差として求められる。次に、図7に示したS200を基準のコンパレータCOMPを除くコンパレータCOMP毎に実施することにより、各コンパレータCOMPa−COMPoの閾値を互いに等しくするためのコモン電圧VCM(基準のコンパレータCOMPの顧問電圧を除く)が求められる。 In the comparator system CSYS shown in FIG. 15, the threshold value when a predetermined amount of load is connected to the output node of the reference comparator COMP, which is one of the comparators COMPA-COMPo, is implemented by performing step S100 shown in FIG. The fluctuation amount is obtained as a difference between the voltages VP and VN. Next, by executing S200 shown in FIG. 7 for each comparator COMP excluding the reference comparator COMP, the common voltage VCM (the advisory voltage of the reference comparator COMP is set to equalize the thresholds of the comparators COMPA-COMPo). Excluding) is required.
この後、図7に示したステップS300を実施することにより、負荷生成回路LDGEN−Pa、LDGEN−Naを用いて、コンパレータCOMPa−COMPoの閾値が所定の値に切り換えられる。そして、通常動作期間中に、ステップS200で求められたコモン電圧VCMa−VCMoを用いてステップS400が実施される。各コンパレータCOMPa−COMPoは、入力信号VIP、VINの電圧差に応じて、論理0または論理1の出力信号OP(OPa、OPb、OPc、...、OPo)、ON(ONa、ONb、ONc、...、ONo)を出力する。 Thereafter, by performing step S300 shown in FIG. 7, the threshold value of the comparator COMPA-COMPo is switched to a predetermined value using the load generation circuits LDGEN-Pa and LDGEN-Na. Then, during the normal operation period, step S400 is performed using the common voltage VCMa-VCMo obtained in step S200. Each comparator COMPA-COMPo has a logical 0 or logical 1 output signal OP (OPa, OPb, OPc,..., OPo), ON (ONa, ONb, ONc, etc.) depending on the voltage difference between the input signals VIP and VIN. ..., ONo) is output.
例えば、エンコーダENCは、出力ノードONa、ONb、ONc、...、ONoの論理を出力値VO15、VO14、VO13、...、VO1として受け、入力信号VIP、VINの電圧差を示すデジタル値D3−D0を出力する。 For example, the encoder ENC receives the logic of the output nodes ONa, ONb, ONc,..., ONo as output values VO15, VO14, VO13,..., VO1, and represents a digital value indicating the voltage difference between the input signals VIP, VIN. D3-D0 is output.
図16は、図15に示したコンパレータCOMPa−COMPoの通常動作時の閾値の設定例を示している。図16に示した閾値の設定は、図9に示したステップS300により実施される。 FIG. 16 shows a setting example of threshold values during normal operation of the comparator COMPA-COMPo shown in FIG. The threshold values shown in FIG. 16 are set in step S300 shown in FIG.
例えば、コンパレータCOMPa−COMPgでは、オンするスイッチSP1−SP16(図4)の数が順に減らされ、コンパレータCOMPi−COMPoでは、オンするスイッチSN1−SN16(図4)の数が順に増やされる。コンパレータCOMPa−COMPhでは、全てのスイッチSN1−SN16はオフされ、コンパレータCOMPh−COMPoでは、全てのスイッチSP1−SP16はオフされる。 For example, in the comparator COMPa-COMPg, the number of switches SP1-SP16 (FIG. 4) to be turned on is sequentially reduced, and in the comparator COMPi-COMPo, the number of switches SN1-SN16 (FIG. 4) to be turned on is sequentially increased. In the comparator COMPa-COMPh, all the switches SN1-SN16 are turned off, and in the comparator COMPh-COMPo, all the switches SP1-SP16 are turned off.
これにより、図6に示した特性にしたがって、コンパレータCOMPa1−COMPoの閾値は、図16の下から上に向けて順に高くなる。コンパレータCOMPa−COMPgの閾値は正になり、コンパレータCOMPi−COMPoの閾値は負になる。なお、図16では、オンするスイッチSP、SNの数を2個ずつ変化しているが、コンパレータCOMPhを中心として、1個ずつ変化させてもよい。このとき、コンパレータCOMPa内でオンするスイッチSPの数およびコンパレータCOMPo内でオンするスイッチSNの数は、それぞれ7個になる。 Thereby, according to the characteristic shown in FIG. 6, the threshold values of the comparators COMP1-COMPo increase in order from the bottom to the top of FIG. The threshold value of the comparator COMPa-COMPg is positive, and the threshold value of the comparator COMPi-COMPo is negative. In FIG. 16, the number of switches SP and SN that are turned on is changed by two, but may be changed one by one around the comparator COMPh. At this time, the number of switches SP turned on in the comparator COMPa and the number of switches SN turned on in the comparator COMPo are each seven.
図17は、図15に示したアナログデジタルコンバータADCの動作の例を示している。例えば、コンパレータCOMPa−COMPoの閾値は、図16に示す状態に設定されている。アナログデジタルコンバータADCは、通常動作期間に差動の入力信号VIP、VINを受ける。 FIG. 17 shows an example of the operation of the analog-digital converter ADC shown in FIG. For example, the threshold value of the comparator COMPA-COMPo is set to the state shown in FIG. The analog-digital converter ADC receives differential input signals VIP and VIN during a normal operation period.
入力信号VIP、VINの電圧差VIP−VINが大きいほど、コンパレータCOMPa1−COMPoの出力ノードONa−ONoから出力される論理1の数は増える。一方、入力信号VIP、VINの電圧差VIP−VINが小さいほど、コンパレータCOMPa1−COMPoの出力ノードONa−ONoから出力される論理0の数は増える。 The greater the voltage difference VIP-VIN between the input signals VIP and VIN, the greater the number of logic 1s output from the output nodes ONa-ONo of the comparators COMPA1-COMPo. On the other hand, the smaller the voltage difference VIP-VIN between the input signals VIP and VIN, the greater the number of logic 0s output from the output nodes ONa-ONo of the comparators COMPA1-COMPo.
エンコーダENCは、論理0と論理1を出力する出力ノードONの境界に基づいてデジタル値D3−D0を求め、求めた値を出力する。但し、エンコーダENCは、全ての出力ノードONa−ONoが論理0のとき、デジタル値D3−D0=“0”を出力し、全ての出力ノードONa−ONoが論理1のとき、デジタル値D3−D0=“15”を出力する。
The encoder ENC obtains a digital value D3-D0 based on the boundary between the output nodes ON that outputs
デジタル値D3−D0は、電圧差VIP−VINが小さいほど小さくなり、電圧差VIP−VINが大きいほど大きくなる。“0”から“7”のデジタル値D3−D0は、電圧差VIP−VINが負のときに出力される。“8”から“15”のデジタル値D3−D0は、電圧差VIP−VINが正のときに出力される。このようにして、入力信号VIP、VINの電圧差VIP−VINは、4ビットのデジタル値D4−D0に変換される。 The digital value D3-D0 decreases as the voltage difference VIP-VIN decreases, and increases as the voltage difference VIP-VIN increases. Digital values D3 to D0 from “0” to “7” are output when the voltage difference VIP−VIN is negative. Digital values D3-D0 from “8” to “15” are output when the voltage difference VIP-VIN is positive. In this way, the voltage difference VIP-VIN between the input signals VIP and VIN is converted into a 4-bit digital value D4-D0.
なお、図15に示したアナログデジタルコンバータADCにおいて、入力端子VINで基準電圧を受け、入力端子VIPで基準電圧に対して正および負に変化する信号を受けてもよい。また、図15に示したコンパレータシステムCSYSに31個のコンパレータCOMPを形成し、通常動作期間に、31個のコンパレータCOMP内のオンするスイッチSP、SNの数を1個ずつ変えることで、入力信号VIP、VINの電圧差VIP−VINを5ビットのデジタル値D4−D0に変換できる。 In the analog-digital converter ADC shown in FIG. 15, the input terminal VIN may receive a reference voltage, and the input terminal VIP may receive a signal that changes positive and negative with respect to the reference voltage. In addition, 31 comparators COMP are formed in the comparator system CSYS shown in FIG. 15, and the number of switches SP and SN that are turned on in the 31 comparators COMP is changed one by one during the normal operation period. The voltage difference VIP-VIN between VIP and VIN can be converted into a 5-bit digital value D4-D0.
以上、この実施形態においても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、図12に示したステップS200の処理をコンパレータシステムCSYS内に形成されるコンパレータCOMPa1−COMPc毎に実施することで、コンパレータCOMPa1−COMPcの閾値を互いに合わせることができる。 As described above, also in this embodiment, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. Furthermore, by performing the process of step S200 shown in FIG. 12 for each comparator COMPA1-COMPc formed in the comparator system CSYS, the threshold values of the comparators COMPA1-COMPc can be adjusted to each other.
コモン電圧生成回路VCMGENにより、コンパレータCOMP毎にコモン電圧VCMを生成することで、補正期間に閾値を補正するためのコモン電圧VCMをコンパレータCOMP毎に求めることができ、互いに異なるコモン電圧VCMを用いてコンパレータCOMPa1−COMPcの閾値を互いに合わせることができる。 By generating the common voltage VCM for each comparator COMP by the common voltage generation circuit VCMGEN, the common voltage VCM for correcting the threshold value during the correction period can be obtained for each comparator COMP, and different common voltages VCM are used. The threshold values of the comparators COMPA1-COMPc can be adjusted to each other.
検出期間において、出力ノードOPbに最大量の負荷を接続することにより、閾値の変動量と、閾値の変動量に対応する電圧差VP−VNとの誤差を小さくでき、閾値の変動量を正確に求めることができる。 By connecting the maximum amount of load to the output node OPb during the detection period, the error between the threshold fluctuation amount and the voltage difference VP-VN corresponding to the threshold fluctuation amount can be reduced, and the threshold fluctuation amount can be accurately determined. Can be sought.
以上の実施形態において説明した発明を整理して、付記として開示する。
(付記1)
入力信号をそれぞれ受ける一対の入力端子に接続される一対のキャパシタと、
前記キャパシタを介して前記入力信号を受ける一対の入力ノードと、前記入力信号の電圧差を示す出力信号を出力する出力ノードとを有する少なくとも1つのコンパレータと、
前記一対の入力ノードにコモン電圧を設定する第1制御回路と、
前記出力ノードに接続される負荷の量を設定する第2制御回路と、
前記コンパレータの閾値を補正する補正期間に、所定量の負荷が基準のコンパレータの出力ノードに接続されるときの閾値の変動量に対応する電圧差を有する第1電圧および第2電圧を前記一対の入力端子にそれぞれ供給する第3制御回路と
を備え、
前記第1制御回路は、前記補正期間に、前記所定量の負荷が前記出力ノードに接続された状態で、前記出力信号の論理が反転するまで前記コモン電圧を変更し、前記出力信号の論理が反転するときの前記コモン電圧を前記補正期間後の通常動作期間に使用すること
を特徴とするコンパレータシステム。
(付記2)
前記第2制御回路は、前記補正期間の前の検出期間に、前記所定量の負荷を前記コンパレータの1つである前記基準のコンパレータの前記出力ノードに接続し、
前記第3制御回路は、前記検出期間に、前記第1電圧および前記第2電圧の電圧差を変更し、前記出力信号の論理が反転するときの前記第1電圧および前記第2電圧の電圧差を、所定量の負荷が前記基準のコンパレータの出力ノードに接続されているときの閾値の変動量として検出し、前記出力信号の論理が反転するときの前記第1電圧および前記第2電圧を、前記補正期間において前記基準のコンパレータを除くコンパレータに使用すること
を特徴とする付記1記載のコンパレータシステム。
(付記3)
前記第1制御回路は、前記補正期間に、前記基準のコンパレータを除くコンパレータ毎に、前記出力信号の論理が反転するときの前記コモン電圧の値を求め、求めた前記コモン電圧を前記補正期間後の通常動作期間にそれぞれ使用すること
を特徴とする付記2記載のコンパレータシステム。
(付記4)
前記第1制御回路は、前記コンパレータ毎に前記コモン電圧を生成するコモン電圧生成回路を備えていること
を特徴とする付記3記載のコンパレータシステム。
(付記5)
前記所定量の負荷は、前記出力ノードに接続可能な最大量の負荷であること
を特徴とする付記1ないし付記4のいずれか1項に記載のコンパレータシステム。
(付記6)
前記入力端子と前記キャパシタとの間の第1ノードにそれぞれ配置され、前記入力信号を前記入力ノードに供給するときにオンされる第1スイッチと、
前記第1ノードと接地線との間にそれぞれ配置され、前記入力ノードを前記コモン電圧に設定するときにオンされる第2スイッチと、
前記入力ノードと前記第1制御回路との間にそれぞれ配置され、前記入力ノードを前記コモン電圧に設定するときにオンされる第3スイッチと
を備えていることを特徴とする付記1ないし付記5のいずれか1項に記載のコンパレータシステム。
(付記7)
前記第2制御回路は、前記出力ノードに接続される可変容量回路を含むこと
を特徴とする付記1ないし付記6のいずれか1項に記載のコンパレータシステム。
(付記8)
付記1ないし付記7のいずれか1項に記載のコンパレータシステムと、
前記コンパレータシステムからの出力信号の論理に基づいて、前記入力信号の電圧差を示すデジタル値を生成するエンコーダと
を備え、
前記第2制御回路は、通常動作期間中に前記出力ノードにそれぞれ接続する負荷の量を、複数の前記コンパレータで互いに相違させることを特徴とするアナログデジタルコンバータ。
(付記9)
入力信号をそれぞれ受ける一対の入力端子に一対のキャパシタを介してそれぞれ接続される一対の入力ノードと、前記入力信号の電圧差を示す出力信号を出力する出力ノードとを有するコンパレータの閾値調整方法であって、
前記コンパレータの閾値を補正する補正期間に、
前記出力ノードに所定量の負荷を接続し、
前記所定量の負荷が基準のコンパレータの出力ノードに接続されるときの閾値の変動量に対応する電圧差を有する第1電圧および第2電圧を前記一対の入力端子にそれぞれ供給し、
前記所定量の負荷が前記出力ノードに接続された状態で、前記出力信号の論理が反転するまで前記コモン電圧を変更し、
前記出力信号の論理が反転するときの前記コモン電圧を前記補正期間後の通常動作期間に使用すること
を特徴とするコンパレータの閾値補正方法。
(付記10)
前記補正期間の前の検出期間に、
前記所定量の負荷を前記コンパレータの1つである基準のコンパレータの前記出力ノードに接続し、
前記第1電圧および前記第2電圧の電圧差を変更し、
前記出力信号の論理が反転するときの前記第1電圧および前記第2電圧の電圧差を、所定量の負荷が前記基準のコンパレータの出力ノードに接続されているときの閾値の変動量として検出し、前記出力信号の論理が反転するときの前記第1電圧および前記第2電圧を前記補正期間において前記基準のコンパレータを除くコンパレータに使用すること
を特徴とする付記9記載のコンパレータの閾値補正方法。
(付記11)
前記補正期間に、前記基準のコンパレータを除くコンパレータ毎に、前記出力信号の論理が反転するときの前記コモン電圧の値を求め、求めた前記コモン電圧を前記補正期間後の通常動作期間にそれぞれ使用すること
を特徴とする付記10記載のコンパレータの閾値補正方法。
The invention described in the above embodiments is organized and disclosed as an appendix.
(Appendix 1)
A pair of capacitors connected to a pair of input terminals each receiving an input signal;
At least one comparator having a pair of input nodes that receive the input signal via the capacitor and an output node that outputs an output signal indicating a voltage difference between the input signals;
A first control circuit for setting a common voltage at the pair of input nodes;
A second control circuit for setting the amount of load connected to the output node;
In the correction period for correcting the threshold value of the comparator, the first voltage and the second voltage having a voltage difference corresponding to the amount of fluctuation of the threshold value when a predetermined amount of load is connected to the output node of the reference comparator A third control circuit for supplying to each of the input terminals,
The first control circuit changes the common voltage until the logic of the output signal is inverted while the predetermined amount of load is connected to the output node during the correction period. A comparator system, wherein the common voltage at the time of inversion is used in a normal operation period after the correction period.
(Appendix 2)
The second control circuit connects the predetermined amount of load to the output node of the reference comparator, which is one of the comparators, in a detection period before the correction period,
The third control circuit changes a voltage difference between the first voltage and the second voltage during the detection period, and a voltage difference between the first voltage and the second voltage when the logic of the output signal is inverted. As a threshold fluctuation amount when a predetermined amount of load is connected to the output node of the reference comparator, and the first voltage and the second voltage when the logic of the output signal is inverted, The comparator system according to
(Appendix 3)
The first control circuit obtains the value of the common voltage when the logic of the output signal is inverted for each of the comparators excluding the reference comparator during the correction period, and calculates the calculated common voltage after the correction period. The comparator system according to
(Appendix 4)
The comparator system according to
(Appendix 5)
The comparator system according to any one of
(Appendix 6)
A first switch disposed at a first node between the input terminal and the capacitor and turned on when the input signal is supplied to the input node;
A second switch disposed between the first node and a ground line and turned on when setting the input node to the common voltage;
And a third switch that is disposed between the input node and the first control circuit and is turned on when the input node is set to the common voltage. The comparator system according to any one of the above.
(Appendix 7)
The comparator system according to any one of
(Appendix 8)
The comparator system according to any one of
An encoder that generates a digital value indicating a voltage difference of the input signal based on the logic of the output signal from the comparator system;
The second control circuit is characterized in that the amounts of loads respectively connected to the output nodes during the normal operation period are made different from each other by the plurality of comparators.
(Appendix 9)
A threshold adjustment method for a comparator, comprising: a pair of input nodes respectively connected to a pair of input terminals that receive input signals via a pair of capacitors; and an output node that outputs an output signal indicating a voltage difference between the input signals. There,
In the correction period for correcting the threshold value of the comparator,
A predetermined amount of load is connected to the output node;
Supplying a first voltage and a second voltage having a voltage difference corresponding to a variation amount of a threshold when the predetermined amount of load is connected to an output node of a reference comparator to the pair of input terminals, respectively;
With the predetermined amount of load connected to the output node, change the common voltage until the logic of the output signal is inverted,
The comparator threshold value correction method, wherein the common voltage when the logic of the output signal is inverted is used in a normal operation period after the correction period.
(Appendix 10)
In the detection period before the correction period,
Connecting the predetermined amount of load to the output node of a reference comparator which is one of the comparators;
Changing the voltage difference between the first voltage and the second voltage;
A voltage difference between the first voltage and the second voltage when the logic of the output signal is inverted is detected as a threshold fluctuation amount when a predetermined amount of load is connected to the output node of the reference comparator. 10. The comparator threshold value correction method according to
(Appendix 11)
For each comparator other than the reference comparator during the correction period, the value of the common voltage when the logic of the output signal is inverted is obtained, and the obtained common voltage is used for the normal operation period after the correction period. The comparator threshold value correcting method as set forth in
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。 From the above detailed description, features and advantages of the embodiments will become apparent. This is intended to cover the features and advantages of the embodiments described above without departing from the spirit and scope of the claims. Further, any person having ordinary knowledge in the technical field should be able to easily come up with any improvements and modifications, and there is no intention to limit the scope of the embodiments having the invention to those described above. It is also possible to rely on suitable improvements and equivalents within the scope disclosed in.
CNT、CNT1、CNT2、CNT3‥制御回路;CNa−CNo‥キャパシタ;COMPa−COMPo‥コンパレータ;CPa−CPo‥キャパシタ;CSYS‥コンパレータシステム;ENC‥エンコーダ;LDGEN−Pa、LDGEN−Na‥負荷生成回路;OPa−OPo‥出力ノード;REG‥レジスタ;SW1−SW5‥スイッチ回路;VCMa−VCMo‥コモン電圧;VCMGEN‥コモン電圧生成回路;VIGEN‥入力電圧生成回路;VIP、VIN‥入力端子;VIPa−VIPo、VINa−VINo‥入力ノード CNT, CNT1, CNT2, CNT3, control circuit; CNa-CNo, capacitor; COMPa-COMPo, comparator; CPa-CPo, capacitor; CSYS, comparator system; ENC, encoder; LDGEN-Pa, LDGEN-Na, load generation circuit; OPa-OPo: output node; REG: register; SW1-SW5: switch circuit; VCMa-VCMo: common voltage; VCMGEN: common voltage generation circuit; VIGEN: input voltage generation circuit: VIP, VIN: input terminal; VINa-VINo Input node
Claims (9)
前記キャパシタを介して前記入力信号を受ける一対の入力ノードと、前記入力信号の電圧差を示す出力信号を出力する出力ノードとを有する少なくとも1つのコンパレータと、
前記一対の入力ノードにコモン電圧を設定する第1制御回路と、
前記出力ノードに接続される負荷の量を設定する第2制御回路と、
前記コンパレータの閾値を補正する補正期間に、所定量の負荷が基準のコンパレータの出力ノードに接続されるときの閾値の変動量に対応する電圧差を有する第1電圧および第2電圧を前記一対の入力端子にそれぞれ供給する第3制御回路と
を備え、
前記第1制御回路は、前記補正期間に、前記所定量の負荷が前記出力ノードに接続された状態で、前記出力信号の論理が反転するまで前記コモン電圧を変更し、前記出力信号の論理が反転するときの前記コモン電圧を前記補正期間後の通常動作期間に使用すること
を特徴とするコンパレータシステム。 A pair of capacitors connected to a pair of input terminals each receiving an input signal;
At least one comparator having a pair of input nodes that receive the input signal through the capacitor and an output node that outputs an output signal indicating a voltage difference between the input signals;
A first control circuit for setting a common voltage at the pair of input nodes;
A second control circuit for setting the amount of load connected to the output node;
In the correction period for correcting the threshold value of the comparator, the first voltage and the second voltage having a voltage difference corresponding to the amount of fluctuation of the threshold value when a predetermined amount of load is connected to the output node of the reference comparator A third control circuit for supplying to each of the input terminals,
The first control circuit changes the common voltage until the logic of the output signal is inverted while the predetermined amount of load is connected to the output node during the correction period. A comparator system, wherein the common voltage at the time of inversion is used in a normal operation period after the correction period.
前記第3制御回路は、前記検出期間に、前記第1電圧および前記第2電圧の電圧差を変更し、前記出力信号の論理が反転するときの前記第1電圧および前記第2電圧の電圧差を、所定量の負荷が前記基準のコンパレータの出力ノードに接続されているときの閾値の変動量として検出し、前記出力信号の論理が反転するときの前記第1電圧および前記第2電圧を、前記補正期間において前記基準のコンパレータを除くコンパレータに使用すること
を特徴とする請求項1記載のコンパレータシステム。 The second control circuit connects the predetermined amount of load to the output node of the reference comparator, which is one of the comparators, in a detection period before the correction period,
The third control circuit changes a voltage difference between the first voltage and the second voltage during the detection period, and a voltage difference between the first voltage and the second voltage when the logic of the output signal is inverted. As a threshold fluctuation amount when a predetermined amount of load is connected to the output node of the reference comparator, and the first voltage and the second voltage when the logic of the output signal is inverted, The comparator system according to claim 1, wherein the comparator system is used for a comparator other than the reference comparator in the correction period.
を特徴とする請求項2記載のコンパレータシステム。 The first control circuit obtains the value of the common voltage when the logic of the output signal is inverted for each of the comparators excluding the reference comparator during the correction period, and calculates the calculated common voltage after the correction period. The comparator system according to claim 2, wherein the comparator system is used during each of the normal operation periods.
を特徴とする請求項3記載のコンパレータシステム。 The comparator system according to claim 3, wherein the first control circuit includes a common voltage generation circuit that generates the common voltage for each comparator.
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のコンパレータシステム。 The comparator system according to any one of claims 1 to 4, wherein the predetermined amount of load is a maximum amount of load that can be connected to the output node.
前記コンパレータシステムからの出力信号の論理に基づいて、前記入力信号の電圧差を示すデジタル値を生成するエンコーダと
を備え、
前記第2制御回路は、通常動作期間中に前記出力ノードにそれぞれ接続する負荷の量を、複数の前記コンパレータで互いに相違させることを特徴とするアナログデジタルコンバータ。 A comparator system according to any one of claims 1 to 5,
An encoder that generates a digital value indicating a voltage difference of the input signal based on the logic of the output signal from the comparator system;
The second control circuit is characterized in that the amounts of loads respectively connected to the output nodes during the normal operation period are made different from each other by the plurality of comparators.
前記コンパレータの閾値を補正する補正期間に、
前記出力ノードに所定量の負荷を接続し、
前記所定量の負荷が基準のコンパレータの出力ノードに接続されるときの閾値の変動量に対応する電圧差を有する第1電圧および第2電圧を前記一対の入力端子にそれぞれ供給し、
前記所定量の負荷が前記出力ノードに接続された状態で、前記出力信号の論理が反転するまで前記コモン電圧を変更し、
前記出力信号の論理が反転するときの前記コモン電圧を前記補正期間後の通常動作期間に使用すること
を特徴とするコンパレータの閾値補正方法。 A threshold adjustment method for a comparator, comprising: a pair of input nodes respectively connected to a pair of input terminals that receive input signals via a pair of capacitors; and an output node that outputs an output signal indicating a voltage difference between the input signals. There,
In the correction period for correcting the threshold value of the comparator,
A predetermined amount of load is connected to the output node;
Supplying a first voltage and a second voltage having a voltage difference corresponding to a variation amount of a threshold when the predetermined amount of load is connected to an output node of a reference comparator to the pair of input terminals, respectively;
With the predetermined amount of load connected to the output node, change the common voltage until the logic of the output signal is inverted,
The comparator threshold value correction method, wherein the common voltage when the logic of the output signal is inverted is used in a normal operation period after the correction period.
前記所定量の負荷を前記コンパレータの1つである基準のコンパレータの前記出力ノードに接続し、
前記第1電圧および前記第2電圧の電圧差を変更し、
前記出力信号の論理が反転するときの前記第1電圧および前記第2電圧の電圧差を、所定量の負荷が前記基準のコンパレータの出力ノードに接続されているときの閾値の変動量として検出し、前記出力信号の論理が反転するときの前記第1電圧および前記第2電圧を前記補正期間において前記基準のコンパレータを除くコンパレータに使用すること
を特徴とする請求項7記載のコンパレータの閾値補正方法。 In the detection period before the correction period,
Connecting the predetermined amount of load to the output node of a reference comparator which is one of the comparators;
Changing the voltage difference between the first voltage and the second voltage;
A voltage difference between the first voltage and the second voltage when the logic of the output signal is inverted is detected as a threshold fluctuation amount when a predetermined amount of load is connected to the output node of the reference comparator. 8. The comparator threshold value correction method according to claim 7, wherein the first voltage and the second voltage when the logic of the output signal is inverted are used for a comparator other than the reference comparator in the correction period. .
を特徴とする請求項8記載のコンパレータの閾値補正方法。 For each comparator other than the reference comparator during the correction period, the value of the common voltage when the logic of the output signal is inverted is obtained, and the obtained common voltage is used for the normal operation period after the correction period. The comparator threshold value correcting method according to claim 8, wherein:
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